Основи на количествения дизайн и анализ

Основи на структурния дизайн и анализ в компютърните архитектури

Определение за компютърна архитектура
Задачата при направата на компютър е комплексна: Да се определи какви параметри са от значение за новия компютър, след това да се конструира компютър, който да реализира максимална производителност и енергийна ефективност оставайки в определени цена, мощност и възможности. Тази задача има много аспекти, в това число определяне на набора инструкции, функционалната организация, логическа структура и изпълнение.

Компютърната архитектура (КА) представлява съвкупност от количествени и качествени характеристики, свързани с конкретната реализация на дадена компютърна система и отразява взаимовръзката между апаратните и програмните елементи при тяхната съвместна работа в зависимост от приложението им.

Джон фон Нойман (28.12. – 08.02.) е добре познат компютърен учен, който през 1945 г. разработва общ модел на компютърна система. Той и неговите колеги реализират идеите му и създават работеща система, наречена EDVAC, която влиза в действие през 1952. Неговата революционна архитектура се оказала ефективна и досега остава основа на всички компютърни системи за обща употреба. За бъдещия компютър представите на фон Нойман са „не просто като за мощно пресмятащо устройство, а като универсален инструмент за научни изследвания, с практически неограничени възможности за решаване на задачи с алгоритмичен характер“. Класическият архитектурен модел на фон Нойман е базова концепция за изграждане на универсални специализирани компютри и се основава на следните принципи:

адресируема системна памет;
фиксирани формати за данни и инструкции;
разделяне на управлението от изпълнение на операциите;
изпълнение на операциите в АЛУ като операндите се съхраняват временно в регистри;
управлението е на базата на съхранявана в паметта програма и анализ на признаците.
ПЪРВИ ПРИНЦИП: Компютърът е електронно устройство и всички операции в него се извършват от електронни схеми, изградени на основата на електронни лампи, транзистори и интегрални схеми.
ВТОРИ ПРИНЦИП: Компютрите, изградени с електронни елементи, трябва да работят с двоична, а не с десетична бройна система.
ТРЕТИ ПРИНЦИП: Компютърът е програмно управляемо устройство. Програмата, която управлява работата се съхранява в паметта на машината, заедно с междинните числови резултати.

ЧЕТВЪРТИ ПРИНЦИП: Компютърът трябва да изпълнява инструкциите последователно, една след друга, след прочитането им от паметта. Универсалността на фон ноймановите компютри се явява в това, че за смяна на програмата в паметта не е необходима промяна на схемите на свързване