Computerarkitektur

Computerarkitektur omhandler de overordnede designbeslutningene som former hvordan en datamaskin fungerer, hvilken ytelse den kan levere og hva kostnadene blir. Den dekker tre hovednivåer: instruksjonssettarkitektur (ISA), mikroarkitektur og systemarkitektur, samt mekanismene som binder disse lagene sammen.

Instruksjonssettarkitektur definerer grensesnittet mellom programvare og maskinvare: hvilke instruksjoner som finnes, dataformater, hukommelsesadressering og avbrytelseshåndtering. ISA påvirker programvarekompleksitet, kompilatorrespons og maskinvarens kompatibilitet. Eksempler inkluderer x86, ARM og det åpne RISC-V.

Mikroarkitektur beskriver hvordan en gitt ISA konkret implementeres i en prosessor. Den omfatter teknikker som pipelining, ut av orden-utførelse, superskalering, branch prediction og caches. Målet er å maksimere ytelse og energieffektivitet uten å endre ISA.

Hukommelseshierarki og systembuss beskriver hvordan data flyttes mellom lagringsnivåer og mellom komponenter. Cachelagre (L1/L2/L3), hovedminne og sekundære lagringer bestemmer hastighet og latens. Samspill mellom prosessor, minne og I/O skjer via interconnects og hukommelseskonsistensmekanismer i flerprosessor- og NUMA-systemer.

Parallellisme og systemdesign inkluderer multicore- og manycore-arkitekturer, trådparallellisering, SIMD og grafikkprosessorer, samt accelerators som GPU-er og FPGA-er. Systemarkitektur inkluderer I/O-subsystemer, busser og nettverk, samt støtte fra operativsystemer og kompilatorer for ressursutnyttelse.