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 для разработки и производства новых машин, устройств и компонентов. [1]
Аппаратное обеспечение — это также выражение, используемое в индустрии компьютерной техники, 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 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.
Архитектура аппаратного обеспечения в первую очередь связана с внутренними электрическими (и, реже, механическими ) интерфейсами между компонентами или подсистемами системы , а также интерфейсом между системой и ее внешней средой, особенно устройствами, управляемыми или электронными дисплеями, просматриваемыми пользователем. пользователь . (Последний, специальный интерфейс, известен как человеко-компьютерный интерфейс компьютера , он же человеко-компьютерный интерфейс или HCI ; ранее назывался человеко-машинным интерфейсом.) [3] Разработчики интегральных схем (ИС) внедряют современные технологии в инновационные подходы для новых продукты. Следовательно, несколько слоев активных устройств предлагаются в виде одного чипа, что открывает возможности для внедрения революционного микроэлектронного, оптоэлектронного и нового микроэлектромеханического оборудования. [4] [5]
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 не больше частей, 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 минимальное 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.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )