Компјутерската архитектура е дизајн и организација на основните компоненти и системи на компјутерот. Ова ги вклучува процесорот, меморијата, влезните/излезните уреди и софтверот што ги контролира. Разбирањето на компјутерската архитектура може да ни помогне да разбереме како компјутерот функционира и извршува различни задачи.
Компјутерскиот систем може да се подели на три главни компоненти: Централна процесорска единица (CPU), меморија и уреди за влез/излез (I/O). Процесорот делува како мозокот на компјутерот, извршувајќи инструкции од програмите. Меморијата ги складира овие упатства и податоци привремено за брз пристап, додека I/O уредите ја олеснуваат интеракцијата помеѓу компјутерот и надворешниот свет, како што се тастатури, глувци, дисплеи и печатачи.
Процесорот е срцето на архитектурата на компјутерот. Тој е одговорен за извршување на инструкции од софтверски апликации, вршење пресметки и управување со протокот на податоци во компјутерот. Перформансите на процесорот зависат од неговата брзина на часовникот, мерена во Херци (Hz) и бројот на јадра што ги содржи. Поголемата брзина на часовникот и повеќе јадра генерално значат побрзи и поефикасни перформанси.
Меморијата во компјутерот е организирана во хиерархија заради ефикасност. На врвот е кешот, мал, но брз тип на меморија што складира копии од често пристапуваните податоци од главната меморија (RAM). RAM меморијата е побрза за пристап од уредите за складирање како што се хард дискови (HDD) или дискови со цврста состојба (SSD), но е испарлива, што значи дека не ги задржува податоците кога е исклучено напојувањето. HDD и SSD-дискови нудат неиспарливо складирање, чувајќи ги податоците дури и кога компјутерот е исклучен, но тие се побавни за пристап од RAM меморијата.
Влезните/излезните уреди му овозможуваат на компјутерот да комуницира со надворешното опкружување. Влезните уреди, како што се тастатурите и глувците, им дозволуваат на корисниците да обезбедуваат информации на компјутерот. Излезните уреди, како што се мониторите и печатачите, им презентираат информации на корисниците. Некои уреди, како USB флеш драјвови, можат да ги служат и двете функции. Современите компјутери вклучуваат и мрежни уреди кои овозможуваат поврзување со Интернет и други компјутери.
Архитектурата Фон Нојман е основен концепт во компјутерската наука. Тој опишува систем каде процесорот на компјутерот работи со читање на неговите инструкции од меморијата. Оваа архитектура се состои од четири главни подсистеми: аритметичка логичка единица (ALU), контролна единица, меморија и влезно/излезни интерфејси. ALU врши математички пресметки и логички операции, додека контролната единица интерпретира инструкции од меморијата и ја диктира операцијата на ALU.
ISA е дел од компјутерската архитектура што е видлив за програмерот или пишувачот на компајлерот. Служи како граница помеѓу софтверот и хардверот, дефинирајќи го машинскиот код што процесорот може да го изврши. ISA ги специфицира инструкциите на процесорот, регистрите, типовите на податоци, режимите на адресирање и архитектурата на меморијата. Дали архитектурата е RISC (Reduced Instruction Set Computing) или CISC (Complex Instruction Set Computing) влијае на нејзиниот дизајн и карактеристики на изведбата.
Паралелното пресметување вклучува поделба на проблемот на делови кои можат да се решат истовремено, користејќи повеќе елементи за обработка. Овој пристап може значително да ги забрза компјутерските задачи во споредба со сериската обработка. Повеќејадрените процесори, кои содржат две или повеќе независни јадра (или процесори) во еден физички пакет, се дизајнирани да ги подобрат перформансите преку паралелизам. Секое јадро во процесорот со повеќе јадра може да извршува инструкции истовремено, што овозможува ефикасно извршување на повеќе задачи и обработка на сложени апликации.
Во системи со повеќе процесори или јадра, кохерентноста на кешот е клучна за да се осигури дека промената на податоците во еден кеш веднаш се рефлектира во другите. Ова е важно во средини со повеќекратна обработка, каде што на неколку процесори можеби ќе им треба пристап до истите мемориски локации. Протоколите за кохерентност на кешот, како што е MESI (изменето, ексклузивно, споделено, невалидно), се користат за одржување на конзистентност меѓу кешовите во повеќејадрените системи.
Компјутерската архитектура е широко поле кое ги опфаќа дизајнот, функционалноста и ефикасноста на компјутерските компоненти и системи. Разбирањето на неговите клучни концепти, како што се работата на процесорот, мемориската хиерархија, I/O уредите, архитектурата Von Neumann, ISA и паралелната обработка, може да обезбеди вредни сознанија за тоа како компјутерите обработуваат информации и извршуваат задачи. Како што напредува технологијата, така се зголемуваат и сложеноста и можностите на компјутерската архитектура, поттикнувајќи ја иновативноста во компјутерските перформанси и апликациите.
