Arkitektura kompjuterike është projektimi dhe organizimi i komponentëve dhe sistemeve kryesore të një kompjuteri. Kjo përfshin procesorin, memorien, pajisjet hyrëse/dalëse dhe softuerin që i kontrollon ato. Të kuptuarit e arkitekturës së kompjuterit mund të na ndihmojë të vlerësojmë se si një kompjuter funksionon dhe kryen detyra të ndryshme.
Një sistem kompjuterik mund të ndahet në tre komponentë kryesorë: Njësia Qendrore e Përpunimit (CPU), memoria dhe pajisjet hyrëse/dalëse (I/O). CPU vepron si truri i kompjuterit, duke ekzekutuar instruksionet nga programet. Kujtesa i ruan përkohësisht këto udhëzime dhe të dhëna për qasje të shpejtë, ndërsa pajisjet hyrëse/dalëse lehtësojnë ndërveprimin midis kompjuterit dhe botës së jashtme, si tastierat, minjtë, ekranet dhe printerët.
CPU është zemra e arkitekturës së një kompjuteri. Ai është përgjegjës për ekzekutimin e udhëzimeve nga aplikacionet softuerike, kryerjen e llogaritjeve dhe menaxhimin e rrjedhës së të dhënave brenda kompjuterit. Performanca e një CPU varet nga shpejtësia e orës së saj, e matur në Hertz (Hz) dhe numri i bërthamave që përmban. Një shpejtësi më e lartë e orës dhe më shumë bërthama në përgjithësi nënkuptojnë performancë më të shpejtë dhe më efikase.
Kujtesa në një kompjuter është e organizuar në një hierarki për efikasitet. Në krye është cache, një lloj memorie e vogël por e shpejtë që ruan kopje të të dhënave të aksesuara shpesh nga memoria kryesore (RAM). RAM-i është më i shpejtë për t'u aksesuar sesa pajisjet ruajtëse si disqet e diskut (HDD) ose disqet e gjendjes së ngurtë (SSD), por është e paqëndrueshme, që do të thotë se nuk ruan të dhëna kur rryma është e fikur. HDD-të dhe SSD-të ofrojnë ruajtje jo të paqëndrueshme, duke i mbajtur të dhënat edhe kur kompjuteri është i fikur, por aksesi në to është më i ngadalshëm sesa RAM-i.
Pajisjet I/O lejojnë një kompjuter të komunikojë me mjedisin e jashtëm. Pajisjet hyrëse, si tastierat dhe minjtë, i lejojnë përdoruesit të ofrojnë informacion në kompjuter. Pajisjet dalëse, të tilla si monitorët dhe printerët, paraqesin informacion tek përdoruesit. Disa pajisje, si disqet USB flash, mund të shërbejnë të dy funksionet. Kompjuterët modernë përfshijnë gjithashtu pajisje rrjeti që mundësojnë lidhjen me internetin dhe kompjuterë të tjerë.
Arkitektura Von Neumann është një koncept themelor në shkencën kompjuterike. Ai përshkruan një sistem ku CPU-ja e një kompjuteri funksionon duke lexuar udhëzimet e tij nga memoria. Kjo arkitekturë përfshin katër nënsisteme kryesore: njësinë logjike aritmetike (ALU), njësinë e kontrollit, memorien dhe ndërfaqet hyrëse/dalëse. ALU kryen llogaritjet matematikore dhe operacionet logjike, ndërsa njësia e kontrollit interpreton instruksionet nga memoria dhe dikton operacionin e ALU.
ISA është pjesa e arkitekturës së kompjuterit që është e dukshme për programuesin ose përpiluesin. Ai shërben si kufiri midis softuerit dhe harduerit, duke përcaktuar kodin e makinës që një procesor mund të ekzekutojë. ISA specifikon udhëzimet e CPU-së, regjistrat, llojet e të dhënave, mënyrat e adresimit dhe arkitekturën e memories. Nëse një arkitekturë është RISC (Reduced Instruction Set Computing) ose CISC (Complex Instruction Set Computing) ndikon në karakteristikat e dizajnit dhe performancës së saj.
Llogaritja paralele përfshin ndarjen e një problemi në pjesë që mund të zgjidhen njëkohësisht, duke përdorur elementë të shumtë përpunues. Kjo qasje mund të përshpejtojë ndjeshëm detyrat kompjuterike në krahasim me përpunimin serik. Procesorët me shumë bërthama, të cilët përmbajnë dy ose më shumë bërthama (ose CPU) të pavarura në një paketë të vetme fizike, janë krijuar për të përmirësuar performancën përmes paralelizmit. Çdo bërthamë në një procesor me shumë bërthama mund të ekzekutojë udhëzime njëkohësisht, duke lejuar kryerjen e shumë detyrave dhe përpunimin efikas të aplikacioneve komplekse.
Në sistemet me CPU ose bërthama të shumta, koherenca e cache-it është thelbësore për të siguruar që një ndryshim i të dhënave në një cache të reflektohet menjëherë në të tjerët. Kjo është e rëndësishme në mjediset me shumë përpunim, ku disa procesorë mund të kenë nevojë për qasje në të njëjtat vendndodhje memorie. Protokollet e koherencës së cache-ve, të tilla si MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid), përdoren për të ruajtur konsistencën në memoriet e fshehta në sistemet me shumë bërthama.
Arkitektura kompjuterike është një fushë e gjerë që përfshin dizajnin, funksionalitetin dhe efikasitetin e komponentëve dhe sistemeve kompjuterike. Kuptimi i koncepteve të tij kryesore, si funksionimi i CPU, hierarkia e memories, pajisjet I/O, arkitektura Von Neumann, ISA dhe përpunimi paralel, mund të ofrojë njohuri të vlefshme se si kompjuterët përpunojnë informacionin dhe kryejnë detyrat. Ndërsa teknologjia përparon, po ashtu edhe kompleksiteti dhe aftësitë e arkitekturave kompjuterike, duke nxitur inovacionin në performancën kompjuterike dhe aplikacionet.
