هنگام شنیدن سوال معماری کامپیوتر چیست ممکن است منتظر جوابی سخت و پیچیده باشیم. جوابی که نه قابل درک باشد و نه قابل استفاده. اما برخلاف این تصور اشتباه، معماری کامپیوتر بسیار ساده، روان و قابل درک است. به گونه ای که پس از بیان مفهوم معماری کامپیوتر، بیش از هر زمان دیگری به یادگیری و آموزش معماری کامپیوتر علاقه مند شده و نیاز پیدا خواهیم کرد.

در پاسخ به سوال معماری کامپیوتر چیست میتوان گفت که یک مفهوم به منظور بیان ساز و کار سیستم های کامپیوتری و اجزای سازنده آنها میباشد. به بیان ساده تر معماری کامپیوتر یا architecture computer یعنی بررسی این موضوع که سخت افزار و نرم افزار یک کامپیوتر چگونه به یکدیگر متصل شده و با هم تعامل دارند. البته درک نحوه کار سخت افزار و چگونگی اجرای دستورات توسط سیستم نیز در این حوزه اهمیت خواهد داشت.

کلمه معماری ما را به یاد ساختن خانه و مسکن خواهد انداخت. در سیستم های کامپیوتری نیز معماران به تولید ابزار های جدید و ایجاد رابطه میان بخش های مختلف سیستم کامپیوتری میپردازند. معماران سیستم، تمام مواردی که به یک کامپیوتر وارد شده یا از آن خارج میشود را زیر نظر گرفته و چگونگی پردازش این موارد را تعریف و مشخص میکنند.

اجزای تشکیل دهنده معماری کامپیوتر چیست

معماری کامپیوتر یا computer architecture به صورت کلی شامل سه بخش طراحی سیستم ( System Design )، مجموعه دستورالعمل ها (Instruction set architecture) و ریز معماری (HAS) میشود. در ادامه تعریفی کلی از این اجزای تشکیل دهنده معماری کامپیوتر بیان خواهیم کرد.

اجزای تشکیل دهنده معماری کامپیوتر چیست

طراحی سیستم

این بخش به بررسی اجزای یک کامپیوتر واقعی پرداخته و بخش های فیزیکی را مورد بحث قرار میدهد. در واقع طراحی سیستم، بخش های سخت افزاری مختلف یک کامپیوتر را بیان میکند. بخش هایی نظیر پردازشگرهای داده، کنترل‌ کننده‌ های حافظه، چند پردازنده‌ ها و دسترسی مستقیم به حافظه که همگی جزء بخش های فیزیکی یک سیستم کامپیوتری محسوب میشوند.

معماری مجموعه دستورالعمل ها

این بخش شامل بررسی دقیق ویژگی های پردازنده و زبان برنامه نویسی CPU میباشد. در این بخش مواردی همچون دستورالعمل های برنامه نویسان، انواع ثبت پردازنده، فرمت های داده و نیز قابلیت های CPU مورد بحث قرار خواهد گرفت. در اینجا مفهوم و کاربرد ثبات ها نیز مورد بررسی قرار میگیرد.

ریز معماری

در بخش قبلی گفته شد که مجموعه دستورالعمل هایی برای پردازنده مورد آزمایش و بررسی قرار میگیرد. برای مشخص کردن این دستورات و معین کردن شیوه ذخیره سازی، مسیر های داده و نحوه پیاده سازی آنها در معماری مجموعه دستورالعمل ها، نیازمند ابزاری خواهیم بود. این ابزار ریز معماری نام داشته که شیوه عملکرد دستورات را مشخص میکند.

معیارهای اندازه‌گیری کارایی پردازنده

در کاربرد های عمومی و روزمره معمولا از معیار اندازه گیری MIPS برای سنجش عملکرد CPU استفاده میکنیم. این معیار به معنای تعداد دستوری که یک پردازنده میتواند در مدت زمان یک ثانیه اجرا کند خواهد بود. اما در سیستم هایی که برای محاسبات علمی و مهندسی پیاده سازی شده اند، این معیار عملکرد مناسبی نخواهد داشت. به همین دلیل است که برای کامپیوتر های مهندسی از معیار MegaFlops به منظور تعداد میلیون عملیات ممیز شناور در ثانیه یا از GigaFlops (تعداد میلیارد عملیات ممیز شناور در ثانیه) استفاده می‌شود.

معیارهای سنجش کیفیت معماری کامپیوتر چیست

در مقاله معماری کامپیوتر چیست بد نیست نگاهی به معیار های سنجش کیفیت یک معماری کامپیوتری بیاندازیم. معیار های سنجش یک معماری کامپیوتری شامل دو مورد تحت عناوین عمومیت و بازدهی میباشند. عمومیت یعنی معماری فوق برای چه گستره ای از کاربردها، مناسب و قابل استفاده است؟ بازدهی نیز به منظور میزان متسوط تعداد قطعاتی است که در هنگام کار کردن با کامپیوتر مشغول خواهند بود. ( یعنی تعداد سخت افزاری که کار میکنند )

طبقه بندی معماری‌های کامپیوتر

در هیچ زمینه ای نیمتوان انتظار وجود تنها یک نوع وسیله یا تکنولوژی را داشت. چراکه شرکت ها یا افراد مشهور همواره در حال رقابت با یکدیگر و پیشرفت کردن هستند. در معماری کامپیوتر نیز این موارد حکم فرما بوده و تنوع زیادی به چشم میخورد. هرچند برخی پر استفاده تر و برخی کم اهمیت تر هستند؛ اما همه معماری کامپیوتر محسوب میشوند. در ادامه به بررسی انواع مختلف معماری ها میپردازیم.

طبقه بندی معماری‌های کامپیوتر

طبقه بندی فون نویمان

این طبقه بندی بر اساس نام سازنده آن یعنی جان فون نویمان نامگذاری شده است. این معماری برای یک کامپیوتر ارقامی طراحی شده که در آن سیستم کامپیوتری از یک پردازنده مرکزی برای پردازش و یک حافظه RAM مستقل برای نگهداری دستورالعمل ها استفاده میکند. تمام کامپیوتر های خانگی و اداری امروزی از همین مدل استفاده میکنند.

طبقه‌بندی فلین

جناب مایکل فلین در سال 1966 طبقه بندی فلین را معرفی کرد. در این معماری، کامپیوتر های دیجیتال بر اساس جریان های داده و تعداد دستورالعمل ها در 4 دسته طبقه بندی شده اند. این چهار دسته بر مبنای رشته داده های قابل دسترسی و تعداد دستورات همزمان تعریف شده است که عبارتند از :

  • SISD : یک دستور یک داده
  • SIMD : یک دستور چند داده
  • MISD : چند دستور یک داده
  • MIMD : چند دستور چند داده

چگونه یک معمار کامپیوتر شویم؟

برای تبدیل شدن به یک معمار کامپیوتر، حداقل بایستی مدرک لیسانس در یکی از رشته های علوم کامپیوتر، مهندسی نرم افزار، سیستم های اطلاعاتی یا یکی دیگر از رشته های مرتبط داشته باشید. در اغلب موارد به معمار کامپیوتر، معمار شبکه‌های کامپیوتری نیز گفته میشود. پس معقول ترین راه ممکن برای درک بهتر پاسخ سوال ” معماری کامپیوتر چیست ” و تبدیل شدن به یک معمار کامپیوتر موفق، گذراندن رشته مرتبط و درس معماری کامپیوتر خواهد بود.

چرا درس معماری کامپیوتر اهمیت دارد؟

این روزها تکنولوژی همواره در حال رشد و شکوقایی بیشتر است. در چنین زمانی ما نیز برای پیشرفت کردن و ارتقا دادن سیستم های کامپیوتری مورد استفاده خودمان نیازمند دانش در زمینه معماری کامپیوتر هستیم. چراکه معماری کامپیوتر شیوه عملکرد و پردازش های سیستم کامپیوتری را برای ما تفسیر و تعبیر میکند. پس با یادگیری معماری کامپیوتر قادر به طراحی سیستم های کامپیوتری و ارتقا آنها با توجه به نیاز خودمان خواهیم بود.

در ضمن درس معماری کامپیوتر از مهمترین دروس دانشگاهی در رشته های مرتبط با حوزه کامپیوتر محسوب میشود. پس چنانچه شما قصد آموزش آکادمیک و فعالیت در زمینه کامپیوتر را دارید، بد نیست بدانید که معماری کامپیوتر یکی از پایه های اساسی رشته کامپیوتر و مشتقات آن میباشد. این نکته نیز حائز اهمیت است که درس معماری کامپیوتر یکی از امتیاز آور ترین دروس در کنکور ارشد کامپیوتر خواهد بود.