Arquitectura de hardware - Enciclopedia
En ingeniería, la arquitectura de hardware se refiere a la identificación de los componentes físicos de un sistema y sus interrelaciones. Esta descripción, a menudo llamada modelo de diseño de hardware, permite a los diseñadores de hardware comprender cómo sus componentes se integran en una arquitectura de sistema y proporciona a los diseñadores de componentes de software información importante necesaria para el desarrollo e integración de software. La definición clara de una arquitectura de hardware permite que las diversas disciplinas de ingeniería tradicionales (por ejemplo, ingeniería eléctrica y mecánica) trabajen más efectivamente juntas para desarrollar y fabricar nuevas máquinas, dispositivos y componentes.
El hardware también es una expresión utilizada dentro de la industria de ingeniería en computadoras para distinguir explícitamente el hardware (computadora electrónica) del software que se ejecuta en él. Sin embargo, el hardware, dentro de las disciplinas de automatización e ingeniería de software, no necesita ser simplemente una computadora de algún tipo. Un automóvil moderno ejecuta mucho más software que la nave espacial Apollo. Además, los aviones modernos no pueden funcionar sin ejecutar decenas de millones de instrucciones de computadora integradas y distribuidas a lo largo del avión y residentes tanto en el hardware de computadora estándar como en componentes de hardware especializados como puertas lógicas de circuitos integrados, dispositivos analógicos y híbridos, y otros componentes digitales. La necesidad de modelar de manera efectiva cómo se combinan componentes físicos separados para formar sistemas complejos es importante en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo computadoras, asistentes digitales personales (PDAs), teléfonos celulares, instrumental quirúrgico, satélites y submarinos.
La arquitectura de hardware es la representación de un sistema de hardware electrónico o electromecánico diseñado (o por diseñar), y el proceso y la disciplina para implementar de manera efectiva el diseño (s) de tal sistema. Generalmente es parte de un sistema integrado más grande que abarca información, software y prototipado de dispositivos.
Es una representación porque se utiliza para transmitir información sobre los elementos relacionados que componen un sistema de hardware, las relaciones entre esos elementos y las reglas que gobiernan esas relaciones.
Es un proceso porque se prescribe una secuencia de pasos para producir o cambiar la arquitectura, y/o un diseño de esa arquitectura, de un sistema de hardware dentro de un conjunto de restricciones.
Es una disciplina porque un cuerpo de conocimiento se utiliza para informar a los profesionales sobre la manera más efectiva de diseñar el sistema dentro de un conjunto de restricciones.
Una arquitectura de hardware se preocupa principalmente por las interfaces eléctricas internas (y, raramente, mecánicas) entre los componentes o subconjuntos del sistema, y la interfaz entre el sistema y su entorno externo, especialmente los dispositivos operados por o las pantallas electrónicas vistas por un usuario. (Esta última interfaz especial se conoce como la interfaz humano-computadora, también conocida como HCI; anteriormente llamada interfaz hombre-máquina.) Los diseñadores de circuitos integrados están impulsando las tecnologías actuales hacia enfoques innovadores para nuevos productos. Por lo tanto, se proponen múltiples capas de dispositivos activos como un solo chip, abriendo oportunidades para nuevas implementaciones microelectrónicas, ópticas y microelectromecánicas disruptivas.
Antecedentes
Antes de la aparición de las computadoras digitales, las disciplinas electrónicas y otras ingenierías utilizaban los términos sistema y hardware como se hace comúnmente hoy en día. Sin embargo, con la llegada de las computadoras digitales y el desarrollo de la ingeniería de software como una disciplina separada, a menudo era necesario distinguir entre artefactos de hardware diseñados, artefactos de software y artefactos combinados.
Un artefacto de hardware programable, o máquina, que carece de su programa de computadora es ineficaz; incluso como un artefacto de software, o programa, es igualmente ineficaz a menos que pueda usarse para alterar los estados secuenciales de una máquina (hardware) adecuada. Sin embargo, una máquina de hardware y su programación pueden diseñarse para realizar una cantidad prácticamente ilimitada de tareas abstractas y físicas. Dentro de las disciplinas de ingeniería en computadoras y software (y, a menudo, otras disciplinas de ingeniería, como las de comunicaciones), los términos hardware, software y sistema se utilizan para distinguir entre el hardware que ejecuta un programa de computadora, el software y el dispositivo de hardware completo con su programa.
Un hardware puede controlarse desde un software con la ayuda de un dispositivo intermedio llamado controlador de hardware, que se puede utilizar para realizar varias tareas automatizadas en el hardware, generalmente el controlador de hardware consta de pines GPIO (entrada y salida general) controlados por un fragmento de código.
El ingeniero o arquitecto de hardware se ocupa (más o menos) exclusivamente del dispositivo de hardware; el ingeniero o arquitecto de software se ocupa (más o menos) exclusivamente del programa; y el ingeniero o arquitecto de sistemas es responsable de que el programa sea capaz de ejecutarse adecuadamente dentro del dispositivo de hardware, y que el sistema compuesto por ambas entidades sea capaz de interactuar adecuadamente con su entorno externo, especialmente el usuario, y realizar su función prevista.
Una arquitectura de hardware, entonces, es una representación abstracta de un dispositivo electrónico o electromecánico capaz de ejecutar un programa fijo o modificable.
Generalmente, una arquitectura de hardware incluye algún tipo de computadora electrónica analógica, digital o híbrida, así como sensores y actuadores electrónicos y mecánicos. El diseño de hardware puede considerarse como un "esquema de partición", o algoritmo, que considera todas las necesidades actuales y previstas del sistema y organiza los componentes de hardware necesarios en un conjunto de subsistemas de trabajo claramente delimitados con el número mínimo de partes requeridas. Es decir, es un esquema de partición que es exclusivo, inclusivo y exhaustivo. Un objetivo principal de la partición es organizar los elementos en los subsistemas de hardware de manera que haya un mínimo de conexiones eléctricas y comunicaciones electrónicas necesarias entre ellos. Tanto en el software como en el hardware, un buen subsistema tiende a verse como un "objeto" significativo. Además, una asignación clara de los requisitos del usuario a la arquitectura (hardware y software) proporciona una base efectiva para las pruebas de validación de los requisitos del usuario en el sistema construido.
Véase también
- Fabricación asistida por computadora (CAM)
- Automatización de diseño electrónico (EDA)
- Solucionador FEM Elmer
- Análisis de elementos finitos (FEA)
- Arquitecto de hardware
- Circuito integrado (IC)
- Sistema en chip (SoC)
- Integración a gran escala (VLSI)
- Lenguaje de descripción de hardware VHSIC (VHDL)
- Ingeniería CAD de tecnología (TCAD)
- Tecnología Open CASCADE
- ASIC
- Hardware de código abierto
Referencias