hardwarearkitekturer

Hardwarearkitekturer beskriver strukturen og organiseringen av et datasystems maskinvare, inkludert prosessorer, minne, I/O og kommunikasjon mellom disse enhetene. Arkitekturen avgjør hvilke operasjoner som er effektive, hvordan data flyttes, og hvilke ytelses-, kraft- og pålitelighetsmål som kan oppnås. En sentral inndeling er forholdet mellom instruksjonssettarkitektur (ISA) og mikroarkitektur. ISA beskriver grensesnittet mellom programvare og maskinvare, mens mikroarkitekturen bestemmer hvordan ISA-en blir implementert i kretser og logikk.

Maskinvaren deles ofte i CPU-arkitekturer (for eksempel x86, ARM og RISC-V), grafikkprosessorer (GPU-er), spesialiserte akseleratorer (ASIC-er, NPUs) og programvaredefinerte enheter som FPGA-er eller system-på-brikker (SoC). Innen minne er von Neumann- og Harvard-tilnærminger relevante, og minnehierarkier består av registre, L1/L2/L3-caches og hovedminne, ofte med egne kontrollere og mekanismer for minnesammenkobling og koherens (NUMA/UMA).

En typisk prosessor inkluderer teknologier som pipelining, out-of-order utførelse, spekulativ kjøring samt SIMD- og vektor-enheter, og ofte flere kjerner i multicore- eller heterogene systemer. Interconnects som busser, krysskoblinger og nettverk mellom enheter påvirker gjennomstrømning og koherens i systemet.

Designmålene inkluderer ytelse, energieffektivitet og termisk kontroll, med teknikker som DVFS og avansert energistyring. Sikkerhet og pålitelighet vektlegges gjennom ECC-minne, feiltoleranse og maskinvarebaserte sikkerhetsmekanismer.

Trender peker mot økende heterogene arkitekturer, chiplet-design, 3D-stabling og åpne standarder som RISC-V. Eksempler er x86 og ARM for bred anvendelse, RISC-V som åpent alternativ, GPU-arkitekturer fra NVIDIA og AMD, samt FPGA- og ASIC-baserte løsninger for spesialiserte oppgaver.