Аппаратная архитектура
В инженерии под архитектурой аппаратного обеспечения понимают идентификацию физических компонентов системы и их взаимосвязей. Это описание, часто называемое моделью проектирования аппаратного обеспечения , позволяет разработчикам аппаратного обеспечения понять, как их компоненты вписываются в архитектуру системы, и предоставляет разработчикам программных компонентов важную информацию, необходимую для разработки и интеграции программного обеспечения. Четкое определение аппаратной архитектуры позволяет различным традиционным инженерным дисциплинам (например, электротехнике и машиностроению) более эффективно работать вместе при разработке и производстве новых машин, устройств и компонентов. [1]
Аппаратное обеспечение — это также выражение, используемое в индустрии компьютерной техники, чтобы явно отличить аппаратное обеспечение ( электронного компьютера ) от программного обеспечения , которое на нем работает. Но аппаратное обеспечение в рамках дисциплин автоматизации и разработки программного обеспечения не обязательно должно быть просто каким-то компьютером. Современный автомобиль использует гораздо больше программного обеспечения, чем космический корабль «Аполлон». Кроме того, современный самолет не может функционировать без выполнения десятков миллионов компьютерных инструкций, встроенных и распределенных по всему самолету и находящихся как в стандартном компьютерном оборудовании, так и в специализированных аппаратных компонентах, таких как проводные логические элементы ИС, аналоговые и гибридные устройства и другие цифровые компоненты. Необходимость эффективного моделирования того, как отдельные физические компоненты объединяются в сложные системы, важна для широкого спектра приложений, включая компьютеры, персональные цифровые помощники (КПК), сотовые телефоны, хирургические инструменты, спутники и подводные лодки.
Архитектура аппаратного обеспечения — это представление спроектированной (или разрабатываемой ) электронной или электромеханической аппаратной системы, а также процесса и дисциплины для эффективной реализации проекта (ов) такой системы. Обычно это часть более крупной интегрированной системы, включающей информацию , программное обеспечение и прототипирование устройств . [2]
Это представление , поскольку оно используется для передачи информации о связанных элементах, составляющих аппаратную систему, отношениях между этими элементами и правилах, регулирующих эти отношения.
Это процесс , поскольку предписывается последовательность шагов для создания или изменения архитектуры и/или проекта на основе этой архитектуры аппаратной системы в рамках набора ограничений.
Это дисциплина , потому что совокупность знаний используется для информирования практиков о наиболее эффективном способе проектирования системы с учетом набора ограничений.
Аппаратная архитектура в первую очередь связана с внутренними электрическими (и, реже, механическими ) интерфейсами между системы компонентами или подсистемами , а также интерфейсом между системой и ее внешней средой, особенно устройствами, управляемыми или электронными дисплеями, просматриваемыми пользователь . (Последний, специальный интерфейс, известен как человеко-компьютерный интерфейс , также известный как человеко-компьютерный интерфейс или HCI ; ранее называвшийся человеко-машинным интерфейсом.) [3] Разработчики интегральных схем (ИС) используют современные технологии в инновационных подходах к созданию новых продуктов. Следовательно, несколько слоев активных устройств предлагаются в виде одного чипа, что открывает возможности для внедрения революционного микроэлектронного, оптоэлектронного и нового микроэлектромеханического оборудования. [4] [5]
Фон
[ редактировать ]
До появления цифровых компьютеров в электронике и других инженерных дисциплинах использовались термины «система» и «аппаратное обеспечение» в том виде, в котором они широко используются и сегодня. Однако с появлением цифровых компьютеров и развитием разработки программного обеспечения как отдельной дисциплины часто возникала необходимость различать аппаратные артефакты, программные артефакты и комбинированные артефакты.
Программируемый аппаратный артефакт или машина, у которой отсутствует компьютерная программа, бессильна; даже будучи программным артефактом или программой, он одинаково бессилен, если его нельзя использовать для изменения последовательных состояний подходящей (аппаратной) машины. Однако аппаратная машина и ее программа могут быть спроектированы для выполнения практически неограниченного числа абстрактных и физических задач. В рамках дисциплин компьютерной и программной инженерии (а часто и других инженерных дисциплин, таких как связь), термины «аппаратное обеспечение», «программное обеспечение» и «система» стали различать аппаратное обеспечение, на котором выполняется компьютерная программа , программное обеспечение и аппаратное устройство. в комплекте со своей программой.
Аппаратным обеспечением можно управлять из программного обеспечения с помощью промежуточного устройства, называемого аппаратным контроллером. Этот аппаратный контроллер можно использовать для выполнения различных автоматизированных задач с аппаратного обеспечения. Обычно аппаратный контроллер состоит из контактов GPIO (вход и выход общего назначения), эти контакты поведение, контролируемое фрагментом кода. [6]
Инженер или архитектор аппаратного обеспечения имеет дело (более или менее) исключительно с аппаратным устройством; инженер - программист или архитектор занимается (более или менее) исключительно программой; а системный инженер или системный архитектор отвечает за то, чтобы программа могла правильно работать внутри аппаратного устройства и что система, состоящая из двух объектов, способна правильно взаимодействовать со своей внешней средой, особенно с пользователем, и выполнять свои задачи. предполагаемая функция.
Таким образом, аппаратная архитектура — это абстрактное представление электронного или электромеханического устройства, способного выполнять фиксированную или изменяемую программу. [7] [8]
Аппаратная архитектура обычно включает в себя аналоговый, цифровой или гибридный электронный компьютер , а также электронные и механические датчики и исполнительные механизмы. Проектирование аппаратного обеспечения можно рассматривать как « схему разделения » или алгоритм , который учитывает все текущие и прогнозируемые требования системы и объединяет необходимые аппаратные компоненты в работоспособный набор четко ограниченных подсистем , в котором частей не больше, чем требуется. То есть это схема разделения, которая является исключающей, инклюзивной и исчерпывающей . Основная цель разделения — расположить элементы аппаратных подсистем таким образом, чтобы между ними было минимально необходимое количество электрических соединений и электронных коммуникаций. Как в программном, так и в аппаратном обеспечении хорошая подсистема обычно рассматривается как значимый « объект ». Более того, четкое распределение требований пользователя к архитектуре (аппаратному и программному обеспечению) обеспечивает эффективную основу для проверочных испытаний требований пользователя в построенной системе.
См. также
[ редактировать ]- Автоматизированное производство (CAM)
- Автоматизация электронного проектирования (EDA)
- Решатель Элмера FEM
- Конечно-элементный анализ
- Архитектор оборудования
- Интегральная схема (ИС)
- Система на кристалле (SoC)
- Очень крупномасштабная интеграция (СБИС)
- Язык описания оборудования VHSIC (VHDL)
- Технология САПР (TCAD)
- Технология открытого каскада
- ASIC
- Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рай, Л.; Канг, SJ (2008). «Модульная программно-аппаратная архитектура на основе правил для роботов разной формы с использованием идентификации и выбора динамического поведения в реальном времени». Системы, основанные на знаниях . 21 (4): 273–283. дои : 10.1016/j.knosys.2007.05.008 .
- ^ Фрэмптон, К.Д., Мартин, С.Е. и Майнор, К. (2003). «Масштабирование акустического потока для применения в микрофлюидных устройствах». Прикладная акустика . 64 (7): 681–692. дои : 10.1016/S0003-682X(03)00005-7 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Брунелли К., Гарсия Ф. и Нурми Дж. (2008). «Крупнозернистая реконфигурируемая архитектура для мультимедийных приложений с возможностью вычисления подслов». Журнал обработки изображений в реальном времени . 3 (1–2): 21–32. дои : 10.1007/s11554-008-0071-3 . S2CID 25962199 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кейл, Т.С., Лу, Ж.-К. и Гутманн, Р.Дж. (2008). «Трехмерная интеграция в микроэлектронике: мотивация, обработка и термомеханическое моделирование». Химико-технологические коммуникации . 195 (8): 847–888. дои : 10.1080/00986440801930302 . S2CID 95022083 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кавальканти А., Ширинзаде Б., Чжан М. и Кретли Л.К. (2008). «Аппаратная архитектура нанороботов для медицинской защиты» . Датчики . 8 (5): 2932–2958. Бибкод : 2008Senso...8.2932C . дои : 10.3390/s8052932 . ПМЦ 3675524 . ПМИД 27879858 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Techsoverflow – это все о технологиях Techsoverflow» . Проверено 17 декабря 2022 г.
- ^ Асиф Д., Химель Р. и Граджауэр Ю. (1988). «Новое электромеханическое устройство для измерения точности межокклюзионных записей». Журнал ортопедической стоматологии . 59 (6): 672–676. дои : 10.1016/0022-3913(88)90380-0 . ПМИД 3165452 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Циммерманн М., Волден Т., Кирштейн К.-У., Хафизович С., Лихтенберг Дж., Бранд О. и Хирлеманн А. (2008). «Архитектура интегрированной системы на основе КМОП для статического консольного массива». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 131 (1): 254–264. дои : 10.1016/j.snb.2007.11.016 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )