Tölvuarkitektúr

Tölvuarkitektúr er hönnun og skipulag tölvu kerfis. Hann lýsir hvernig örgjörvi, minni, inntak/out-tæki og tengingar milli þeirra vinna saman til að framkvæma forrit. Tölvuarkitektúr fjallar um hvernig kerfið er uppbyggt og hvernig hugbúnaður nýtir það. Oft er hann skilgreindur með þremur meginsviðum: boðskipanaskipan (ISA), smíðun örgjörvans (microarchitecture) og framkvæmd eða útfærsla (implementation).

Boðskipanaskipan (ISA) skilgreinir hvað forrit geta gert: hvaða skipanir eru í boði, hvernig minnisnotkun og gagnaviðskipti eru stýrt, og hvaða skráar- og gagnatengingar eru til staðar. Smíðun örgjörvans (microarchitecture) lýsir hvernig þessar skipanir eru framkvæmdar innan örgjörvans, til dæmis með píplun, skyndiminni, forspá og samstillingu. Dæmi um ISA eru x86-64 og ARM; dæmi um smíðun eru mismunandi gerðir af kjarna, cache-kerfi og tengikerfi sem útfærð eru innan sama kerfi.

Helstu byggingarþættir tölvuarkitektúr eru örgjörvi með einum eða fleiri kjarna, minnishierarkía með L1/L2/L3 skyndiminni og aðalminni, inntak/out-tæki og tengikerfi. Minnisskerfið og skyndiminni tryggja háa samvinna og hraða. Cache-coherence í fjölkjarnaörgjörvum er mikilvægt og byggist oft á samræmda prótóólum eins og MESI. Í stærri kerfum er NoC (network-on-chip) notað til að tengja mörg kjarnar.

Markmið tölvuarkitektúranns eru afköst, orkunotkun, kostnaður og áreiðanleiki. Nútíma kerfi sameina marga kjarna, GPUs og vector-/SIMD-einingar til að auka framleiðni. Píplun, forspá, framvirk úrvinnsla (out-of-order) og dreifð minnisleið eru algengar. Þróun í tölvuarkitektúrs miðar að aukinni samhæfni milli tækni og forrita, minni töf og betri orkunýtni.