Architettura (computer)

Schema di un IBM compatibile, con Chipset (northbridge + southbridge), CPU e flashROM

Con architettura hardware si intende l'insieme dei criteri di progetto in base ai quali è progettato e realizzato un computer, oppure un dispositivo facente parte di esso. Per estensione, descrivere l'architettura di un dispositivo significa, in particolare, elencarne le sottoparti costituenti ed illustrarne i rapporti interfunzionali.

Descrizione

I soggetti che si occupano di architettura dei calcolatori hanno il compito di costruire sistemi di elaborazione di diversa complessità (da una semplice scheda elettronica a un complesso sistema con grossa potenza di calcolo) mettendo insieme questi componenti elementari.

È anche importante sottolineare la differenza che intercorre tra elettronica e architettura dei calcolatori: l'elettronico ha il compito di costruire circuiti veloci ed efficienti, si occupa quindi di migliorare i "mattoni", i componenti elementari del sistema; l'architetto dei calcolatori ha invece il compito di ottenere le migliori prestazioni possibili (in termini di potenza di calcolo, costi in termini economici) assemblando in maniera efficiente i componenti elementari.

Elementi base

Chip con porte logiche

I "mattoni" che costituiscono un sistema di calcolo sono:

• porte logiche (and, not, or)
• generatori di segnali (ad es. clock)

Mettendo insieme le porte logiche, che sono tipicamente circuiti realizzati con diverse tecnologie elettroniche (CMOS, TTL, ECL) è possibile costruire le cosiddette macchine elementari che si dividono in macchine combinatorie e macchine sequenziali.

Tipologia

Macchine combinatorie

Astrazione dall'hardware al software

I circuiti (o macchine) combinatori possono essere modellati matematicamente con funzioni booleane di variabili booleane del tipo $y=f(u)$ dove $y$ è il vettore delle uscite del sistema e $u$ è il vettore degli ingressi; come si nota dall'argomento della funzione $f$, i circuiti combinatori non sono dotati di stato, sono sistemi adinamici e quindi l'uscita del sistema in un istante $t$ dipende solo dall'ingresso applicato al sistema nello stesso istante e non dagli ingressi precedentemente applicati (supponendo per semplicità che non ci siano ritardi di propagazione tra ingresso e uscita).

Le macchine combinatorie elementari sono le seguenti:

• multiplexer
• demultiplexer
• decodificatori
• sommatori, divisori, moltiplicatori

Macchine sequenziali

Le macchine sequenziali invece sono sistemi del tipo $y=f(x,u)$ dove $y$ è il vettore delle uscite, $u$ è il vettore degli ingressi e $x$ è il vettore degli stati. Quindi una macchina sequenziale è un sistema dinamico, la cui uscita in un generico istante dipende sia dall'ingresso sia dallo stato del sistema in quell'istante.

Le macchine sequenziali fondamentali sono:

• flip-flop
• memorie
• registri a scorrimento
• contatori

Processori e sistemi

Interconnessioni di reti logiche sotto forma di circuiti integrati danno vita a sistemi elettronici di elaborazione più complessi (es. programmable logic device e microcontrollori) fino ad arrivare ai processori. Il termine architettura viene dunque usato in riferimento alla configurazione di quest'ultimi (architettura x86, CISC, RISC, SPARC, 32-bit, 64-bit, pipeline, ecc...) e, quando si parla di prodotti di consumo, si usa in contrapposizione alla parola software: le soluzioni hardware risolvono le loro funzionalità sotto forma di dispositivo dedicato, quelle software sono soluzioni sviluppate sotto forma di programmi eseguibili che possono essere caricati su dispositivi general purpose.

A livello più esteso il termine architettura si riferisce all'architettura logica del computer nel suo intero comprendendo processore, memoria, registri e collegamenti tra loro, scheda madre, schede di espansione, case o cabinet ecc...(architettura di von Neumann, architettura Harvard, architettura di un processore basato su registri generali ecc..). Nell'ambito dei sistemi informatici diffuse sono invece le architetture hardware n-tier, mentre nelle grandi realtà si parla di architettura telematica.

Architettura software

I componenti di desktop libre

L'architettura software è l'organizzazione fondamentale di un sistema, definita dai suoi componenti, dalle relazioni reciproche tra i componenti e con l'ambiente, e i principi che ne governano la progettazione e l'evoluzione. Questa definizione deriva dallo standard IEEE 1471-2000. Al pari delle architetture hardware, descrivere l'architettura software di un sistema significa elencarne le sottoparti costituenti ed illustrarne i rapporti interfunzionali. Più precisamente, l'architettura software include l'insieme delle decisioni significative sull'organizzazione di un sistema software. L'implementazione di architetture software complesse spesso dà vita a piattaforme software.

Nelle grandi realtà l'architettura software è parte dell'architettura telematica. Nell'ambito delle reti informatiche un esempio di architetture software sono le architetture di rete a strati, mentre nelle applicazioni web sono diffuse le architetture software multi-tier.

Voci correlate

• Architettura dei calcolatori
• Architettura delle reti di elaboratori
• Architettura Harvard
• Architettura master-slave
• Architettura di von Neumann
• Architettura di un processore basato su registri generali
• Computer
• Evoluzione dell'architettura dei computer
• Microarchitettura
• Sistema informatico

Altri progetti

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• Wikizionario
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• Wikiversità contiene risorse sull'architettura

Collegamenti esterni

• architettura, su sapere.it, De Agostini.
• (EN) architecture, in Free On-line Dictionary of Computing, Denis Howe. Disponibile con licenza GFDL
• Architettura, in Grande Dizionario di Italiano, Garzanti Linguistica.