Na engenharia informática, a arquitetura computacional é o projeto conceitual e a estrutura operacional fundamental de um sistema informático. São os desenhos técnicos e a descrição funcional de todos os requisitos de projeto (especialmente velocidades e interconexões), é como projetar e implementar várias partes de um computador - concentrando-se em grande parte na forma pela qual a unidade central de processamento (CPU) opera internamente e como ela acessa endereços na memória.
Pode ser definida como a ciência e a arte de selecionar e interconectar componentes de hardware para criar computadores que atendam às metas funcionais, de desempenho e de custo.
A arquitetura de computadores inclui pelo menos três subcategorias principais:
- A arquitetura do conjunto de instruções, ou ISA, é o modelo abstrato de um sistema de computação que é visto por um programador de linguagem de máquina (ou linguagem de montagem), incluindo o conjunto de instruções, modos de endereço de memória, registros de processador e formatos de endereço e dados.
- A microarquitetura, também conhecida como Organização de computadores é um nível inferior, uma descrição detalhada do sistema que é suficiente para descrever completamente o funcionamento de todas as partes do sistema de computação, e como elas são interligadas e interoperacionais a fim de implementar o ISA. O tamanho do cache de um computador, por exemplo, é uma questão organizacional que geralmente não tem nada a ver com o ISA.
- Projeto de sistema que inclui todos os outros componentes de hardware dentro de um sistema de computação como, por exemplo:
· O sistema se interconecta, como ônibus e interruptores de computador.
· Controladores e hierarquias de memória.
· Mecanismos de CPU off-load, como acesso direto à memória.
· Questões como o multi-processamento.
Uma vez especificados tanto o ISA como a microarquitetura, o sistema de computação real precisa ser projetado em hardware. Este processo de projeto é chamado de implementação. A implementação é normalmente um processo de projeto de engenharia de hardware.
A implementação pode ser ainda dividida em três partes, mas não totalmente separadas:
- Implementação da lógica: Projeto de blocos definidos na microarquitetura, principalmente nos níveis de registro-transferência e portão.
- Implementação de circuitos: Projeto em nível de transistor de elementos básicos (portões, multiplexadores, flip-flops, etc.) bem como de alguns blocos maiores (ALUs, caches, etc.) que podem ser implementados neste nível, ou mesmo em um nível físico inferior, por razões de desempenho.
- Implementação física: Os circuitos físicos são puxados para fora, os diferentes componentes do circuito são colocados em uma planta de chips ou em uma placa e os fios que os conectam são roteados.
Para as CPUs, todo o processo de implementação é freqüentemente chamado de projeto de CPU; também pode ser uma família de projetos de CPU relacionados, tais como RISC e CISC.