В инженерии под архитектурой оборудования понимается идентификация физических компонентов системы и их взаимосвязей. Это описание, часто называемое моделью проектирования оборудования , позволяет разработчикам оборудования понять, как их компоненты вписываются в архитектуру системы, и предоставляет разработчикам компонентов программного обеспечения важную информацию, необходимую для разработки и интеграции программного обеспечения. Четкое определение архитектуры аппаратных средств позволяет различным традиционным инженерным дисциплинам (например, электротехнике и машиностроению) более эффективно работать вместе для разработки и производства новых машин, устройств и компонентов. [1]
Аппаратное обеспечение также является выражением, используемым в компьютерной индустрии, чтобы явно отличать аппаратное обеспечение ( электронного компьютера ) от программного обеспечения, которое на нем работает. Но аппаратное обеспечение в рамках дисциплин автоматизации и разработки программного обеспечения не должно быть просто каким-то компьютером. На современном автомобиле установлено гораздо больше программного обеспечениячем 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 жестких компонентах, таких как проводные логические вентили IC, аналоговые и гибридные устройства и другие цифровые компоненты. Потребность в эффективном моделировании того, как отдельные физические компоненты объединяются в сложные системы, важна для широкого круга приложений, включая компьютеры, карманные персональные компьютеры (КПК), сотовые телефоны, хирургические инструменты, спутники и подводные лодки.
Архитектура оборудования - это представление спроектированной (или подлежащей проектированию ) электронной или электромеханической аппаратной системы, а также процесса и дисциплины для эффективной реализации проекта (ей) для такой системы. Как правило, это часть более крупной интегрированной системы, охватывающей информацию , программное обеспечение и прототипы устройств . [2]
Это представление, поскольку оно используется для передачи информации о связанных элементах, составляющих аппаратную систему, взаимоотношениях между этими элементами и правилах, регулирующих эти отношения.
Это процесс, потому что предписана последовательность шагов для создания или изменения архитектуры и / или проекта на основе этой архитектуры аппаратной системы в пределах набора ограничений.
Это дисциплина, потому что совокупность знаний используется для информирования практиков о наиболее эффективном способе разработки системы с учетом набора ограничений.
Аппаратная архитектура в первую очередь связана с внутренними электрическими (и, реже, механическими ) интерфейсами между компонентами или подсистемами системы , а также с интерфейсом между системой и ее внешней средой, особенно устройствами, управляемыми или электронными дисплеями, просматриваемыми пользователем. пользователь . (Этот последний, специальный интерфейс, известен как компьютерный интерфейс человека , AKA человек компьютерного интерфейса, или HCI ; прежнее название человеко-машинный интерфейс.) [3]Разработчики интегральных схем (ИС) внедряют современные технологии в инновационные подходы к новым продуктам. Следовательно, несколько уровней активных устройств предлагаются в виде единого чипа, что открывает возможности для прорывной реализации микроэлектроники, оптоэлектроники и нового микроэлектромеханического оборудования. [4] [5]
Фон [ править ]
До появления цифровых компьютеров в электронике и других инженерных дисциплинах использовались термины «система» и «оборудование» в том виде, в котором они используются до сих пор. Однако с появлением цифровых компьютеров и развитием программной инженерии в качестве отдельной дисциплины часто возникала необходимость различать спроектированные аппаратные артефакты, программные артефакты и комбинированные артефакты.
Программируемый аппаратный артефакт, или машина, в которой отсутствует его компьютерная программа бессильна; даже как программный артефакт или программа одинаково бессильны, если их нельзя использовать для изменения последовательных состояний подходящей (аппаратной) машины. Однако аппаратная машина и ее программирование могут быть разработаны для выполнения почти неограниченного числа абстрактных и физических задач. В рамках дисциплин компьютерной и программной инженерии (и, часто, других инженерных дисциплин, таких как коммуникации), 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.
В аппаратном инженер или архитектор сделок (более или менее) исключительно с аппаратным устройством; в программное обеспечение инженер или архитектор сделок (более или менее) исключительно с программой; и системный инженер или системный архитектор несет ответственность за то, чтобы программа могла правильно работать в аппаратном устройстве, и что система, состоящая из двух объектов, способна должным образом взаимодействовать со своей внешней средой, особенно с пользователем, и выполнять свои предполагаемая функция.
Таким образом, аппаратная архитектура - это абстрактное представление электронного или электромеханического устройства, способного запускать фиксированную или изменяемую программу. [6] [7]
Аппаратная архитектура обычно включает в себя некоторую форму аналогового, цифрового или гибридного электронного компьютера, а также электронных и механических датчиков и исполнительных механизмов. Проектирование оборудования 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 не больше частей, чем требуется. То есть это эксклюзивная, всеобъемлющая и исчерпывающая схема разделения.. Основная цель разделения состоит в том, чтобы расположить элементы в подсистемах оборудования так, чтобы между ними было минимум электрических соединений и электронных коммуникаций. И в программном, и в аппаратном обеспечении хорошая подсистема имеет тенденцию рассматриваться как значимый « объект ». Более того, четкое распределение требований пользователя к архитектуре (аппаратному и программному обеспечению) обеспечивает эффективную основу для проверочных тестов требований пользователя в уже созданной системе.
См. Также [ править ]
- Автоматизированное производство (CAM)
- Автоматизация электронного проектирования (EDA)
- Решатель Elmer FEM
- Анализ методом конечных элементов
- Аппаратный архитектор
- Интегральная схема (IC)
- Система на кристалле (SoC)
- Очень крупномасштабная интеграция (СБИС)
- Язык описания оборудования VHSIC (VHDL)
- Технологии САПР (TCAD)
- Открытая каскадная технология
- ASIC
- Оборудование с открытым исходным кодом
Ссылки [ править ]
- ^ Rai, L .; Канг, SJ (2008). «Основанная на правилах модульная программно-аппаратная архитектура для многофигурных роботов с использованием идентификации и выбора динамического поведения в реальном времени». Системы, основанные на знаниях . 21 (4): 273–283. DOI : 10.1016 / j.knosys.2007.05.008 .
- Перейти ↑ Frampton, KD, Martin, SE & Minor, K. (2003). «Масштабирование акустического потока для применения в микрожидкостных устройствах». Прикладная акустика . 64 (7): 681–692. DOI : 10.1016 / S0003-682X (03) 00005-7 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- Перейти ↑ Brunelli, C., Garzia, F. & Nurmi, J. (2008). «Крупнозернистая реконфигурируемая архитектура для мультимедийных приложений с возможностью вычисления подслов». Журнал обработки изображений в реальном времени . 3 (1–2): 21–32. DOI : 10.1007 / s11554-008-0071-3 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Cale, TS, Lu, J.-Q. И Гутманн, Р.Дж. (2008). «Трехмерная интеграция в микроэлектронике: мотивация, обработка и термомеханическое моделирование». Химико-инженерные коммуникации . 195 (8): 847–888. DOI : 10.1080 / 00986440801930302 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Кавалканти, А., Ширинзаде, Б., Чжан, М. & Kretly, LC (2008). «Аппаратная архитектура нанороботов для медицинской защиты» . Датчики . 8 (5): 2932–2958. DOI : 10.3390 / s8052932 . PMC 3675524 . PMID 27879858 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Assif, Д., Himel, Р. & Grajower, Y. (1988). «Новое электромеханическое устройство для измерения точности межокклюзионных записей». Журнал ортопедической стоматологии . 59 (6): 672–676. DOI : 10.1016 / 0022-3913 (88) 90380-0 . PMID 3165452 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Циммерман, М., Volden, Т., Кирстейн, K.-U., Hafizovic, С., Лихтенберг J., марка, О. & Hierlemann, А. (2008). «Архитектура интегрированной системы на основе CMOS для статического консольного массива». Датчики и исполнительные механизмы B: химические . 131 (1): 254–264. DOI : 10.1016 / j.snb.2007.11.016 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
