कंप्यूटर आर्किटेक्चर कंप्यूटर के मुख्य घटकों और प्रणालियों का डिज़ाइन और संगठन है। इसमें प्रोसेसर, मेमोरी, इनपुट/आउटपुट डिवाइस और उन्हें नियंत्रित करने वाला सॉफ़्टवेयर शामिल है। कंप्यूटर आर्किटेक्चर को समझने से हमें यह समझने में मदद मिल सकती है कि कंप्यूटर कैसे काम करता है और विभिन्न कार्य करता है।
कंप्यूटर सिस्टम को तीन मुख्य घटकों में विभाजित किया जा सकता है: सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू), मेमोरी और इनपुट/आउटपुट (आई/ओ) डिवाइस। सीपीयू कंप्यूटर के मस्तिष्क के रूप में कार्य करता है, जो प्रोग्राम से निर्देशों को निष्पादित करता है। मेमोरी इन निर्देशों और डेटा को त्वरित पहुँच के लिए अस्थायी रूप से संग्रहीत करती है, जबकि I/O डिवाइस कंप्यूटर और बाहरी दुनिया, जैसे कीबोर्ड, माउस, डिस्प्ले और प्रिंटर के बीच बातचीत की सुविधा प्रदान करती है।
CPU कंप्यूटर की वास्तुकला का दिल है। यह सॉफ़्टवेयर अनुप्रयोगों से निर्देशों को निष्पादित करने, गणना करने और कंप्यूटर के भीतर डेटा प्रवाह को प्रबंधित करने के लिए ज़िम्मेदार है। CPU का प्रदर्शन इसकी क्लॉक स्पीड पर निर्भर करता है, जिसे हर्ट्ज़ (Hz) में मापा जाता है, और इसमें मौजूद कोर की संख्या पर। अधिक क्लॉक स्पीड और अधिक कोर का मतलब आम तौर पर तेज़ और अधिक कुशल प्रदर्शन होता है।
कंप्यूटर में मेमोरी को दक्षता के लिए पदानुक्रम में व्यवस्थित किया जाता है। सबसे ऊपर कैश होता है, जो एक छोटी लेकिन तेज़ प्रकार की मेमोरी होती है जो मुख्य मेमोरी (RAM) से अक्सर एक्सेस किए जाने वाले डेटा की प्रतियों को संग्रहीत करती है। हार्ड डिस्क ड्राइव (HDD) या सॉलिड स्टेट ड्राइव (SSD) जैसे स्टोरेज डिवाइस की तुलना में RAM एक्सेस करने में तेज़ है, लेकिन अस्थिर है, जिसका अर्थ है कि बिजली बंद होने पर यह डेटा को बरकरार नहीं रखता है। HDD और SSD गैर-वाष्पशील स्टोरेज प्रदान करते हैं, जो कंप्यूटर के बंद होने पर भी डेटा को बनाए रखते हैं, लेकिन वे RAM की तुलना में एक्सेस करने में धीमे होते हैं।
I/O डिवाइस कंप्यूटर को बाहरी वातावरण से संवाद करने की अनुमति देते हैं। कीबोर्ड और माउस जैसे इनपुट डिवाइस, उपयोगकर्ताओं को कंप्यूटर को जानकारी प्रदान करने देते हैं। मॉनिटर और प्रिंटर जैसे आउटपुट डिवाइस, उपयोगकर्ताओं को जानकारी प्रस्तुत करते हैं। USB फ्लैश ड्राइव जैसे कुछ डिवाइस दोनों कार्य कर सकते हैं। आधुनिक कंप्यूटर में नेटवर्किंग डिवाइस भी शामिल हैं जो इंटरनेट और अन्य कंप्यूटरों से कनेक्शन सक्षम करते हैं।
वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर कंप्यूटर विज्ञान में एक आधारभूत अवधारणा है। यह एक ऐसी प्रणाली का वर्णन करता है जहाँ कंप्यूटर का CPU मेमोरी से अपने निर्देशों को पढ़कर काम करता है। इस आर्किटेक्चर में चार मुख्य उप-प्रणालियाँ शामिल हैं: अंकगणितीय तर्क इकाई (ALU), नियंत्रण इकाई, मेमोरी और इनपुट/आउटपुट इंटरफ़ेस। ALU गणितीय गणनाएँ और तार्किक संचालन करता है, जबकि नियंत्रण इकाई मेमोरी से निर्देशों की व्याख्या करती है और ALU के संचालन को निर्देशित करती है।
ISA कंप्यूटर आर्किटेक्चर का वह हिस्सा है जो प्रोग्रामर या कंपाइलर राइटर को दिखाई देता है। यह सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के बीच की सीमा के रूप में कार्य करता है, जो मशीन कोड को परिभाषित करता है जिसे प्रोसेसर निष्पादित कर सकता है। ISA CPU के निर्देश, रजिस्टर, डेटा प्रकार, एड्रेसिंग मोड और मेमोरी आर्किटेक्चर को निर्दिष्ट करता है। चाहे कोई आर्किटेक्चर RISC (रिड्यूस्ड इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटिंग) हो या CISC (कॉम्प्लेक्स इंस्ट्रक्शन सेट कंप्यूटिंग) हो, यह उसके डिजाइन और प्रदर्शन विशेषताओं को प्रभावित करता है।
समानांतर कंप्यूटिंग में किसी समस्या को ऐसे भागों में विभाजित करना शामिल है जिन्हें कई प्रसंस्करण तत्वों का उपयोग करके समवर्ती रूप से हल किया जा सकता है। यह दृष्टिकोण सीरियल प्रोसेसिंग की तुलना में कंप्यूटिंग कार्यों को काफी तेज़ कर सकता है। मल्टी-कोर प्रोसेसर, जिसमें एक ही भौतिक पैकेज में दो या अधिक स्वतंत्र कोर (या CPU) होते हैं, को समानांतरता के माध्यम से प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मल्टी-कोर प्रोसेसर में प्रत्येक कोर एक साथ निर्देशों को निष्पादित कर सकता है, जिससे जटिल अनुप्रयोगों के कुशल मल्टीटास्किंग और प्रसंस्करण की अनुमति मिलती है।
कई CPU या कोर वाले सिस्टम में, कैश कोहेरेंसी यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि एक कैश में डेटा में बदलाव तुरंत दूसरे में दिखाई दे। यह बहु-प्रसंस्करण वातावरण में महत्वपूर्ण है, जहाँ कई प्रोसेसर को एक ही मेमोरी स्थानों तक पहुँच की आवश्यकता हो सकती है। MESI (संशोधित, अनन्य, साझा, अमान्य) जैसे कैश कोहेरेंसी प्रोटोकॉल का उपयोग बहु-कोर सिस्टम में कैश में स्थिरता बनाए रखने के लिए किया जाता है।
कंप्यूटर आर्किटेक्चर एक व्यापक क्षेत्र है जो कंप्यूटर घटकों और प्रणालियों के डिजाइन, कार्यक्षमता और दक्षता को शामिल करता है। इसकी प्रमुख अवधारणाओं, जैसे कि CPU संचालन, मेमोरी पदानुक्रम, I/O डिवाइस, वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर, ISA और समानांतर प्रसंस्करण को समझना, इस बारे में मूल्यवान जानकारी प्रदान कर सकता है कि कंप्यूटर सूचना को कैसे संसाधित करते हैं और कार्य कैसे करते हैं। जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ती है, वैसे-वैसे कंप्यूटर आर्किटेक्चर की जटिलता और क्षमताएँ भी बढ़ती हैं, जो कंप्यूटिंग प्रदर्शन और अनुप्रयोगों में नवाचार को बढ़ावा देती हैं।
