computer-wetenschap-bewerkt

17.2. SYSTEEMARCHITECTUUR 35
17.1.2 Geheugen en gegevensopslag
Tijdens de uitvoering van de IF-stap worden de gegevens uit het geheugen gelezen. Meestal draait een processor op
een hogere klokfrequentie dan de perifere hardware of de geheugenchips op een moederbord. In dergelijke gevallen
wordt met het rood gekleurde vakje in het schema het cache geheugen van de processor bedoeld. Tijdens de MEMstap
worden de verwerkte gegevens uit de registers in het geheugen opgeslagen. De datacommunicatie met de perifere
hardware en de geheugenchips verloopt niet op het niveau van elementaire instructies voor de CPU maar wordt door
speciale microcontrollers verricht die de geheugenhiërarchie van de computer beheren.
17.1.3 Instructies en verwerkingscycli
Naast het wegschrijven van de resultaten naar het geheugen wordt in de MEM-stap gecontroleerd of de verwerking van
de instructie voltooid is. Als er meer verwerkingscycli doorlopen moeten worden dan wordt de WB-stap uitgevoerd.
Omdat de gegevens die in de MEM-stap in het geheugen opgeslagen werden nog in de registers staan hoeven ze niet
ingelezen te worden zodat de processor direct met het uitvoeren van de ID-stap verder kan gaan.
Hoeveel verwerkingscycli nodig zijn voor het uitvoeren van een instructie hangt af van het type instructie. Een binaire
bits-gewijze logische operatie kan in een enkele cyclus uitgevoerd worden. Voor het uitvoeren van een optelling van
twee gehele getallen zijn meerdere cycli nodig en het uitvoeren van een vermenigvuldiging vraagt om een veelvoud
van het aantal verwerkingscycli dat nodig is voor een optelling.
17.2 Systeemarchitectuur
In hedendaagse toepassingen worden vaak meerdere CPU’s met grotere functionele eenheden, zoals FPU’s, een GPU,
DMA en een USB-hub, samen op een System on Chip of SoC ondergebracht. Computerarchitectuur kan in een breder
verband ook gedefinieerd worden als de wetenschap en de kunst van het selecteren en verbinden van hardwareonderdelen
om computers te bouwen die voldoen aan eisen van functionaliteit, prestatie en kostprijs. De term wordt
bijvoorbeeld gebruikt voor:
• het ontwerp van de CPU, de instructieset en de adressering op de kleinste schaal,
• een SoC die toegepast kan worden in embedded systems, smartphones, tabletcomputers en toepassingen voor
mobiel internet,
• een moederbord met een videokaart en de aansluitmogelijkheden voor randapparatuur van desktopcomputers
en gaming computers,
• hardware-ontwerp op een bredere schaal, zoals in het geval van mainframes, supercomputers en computerclusters. [4][5][6]
De verzameling machine-eigenschappen moeten ontwikkelaars van besturingssystemen en toepassingen begrijpen om
de computer te kunnen programmeren.
Computerarchitectuur wordt als vak op alle informaticascholen behandeld.