Chapter_05 (1110557)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Глава 5. Понятие семейства ЭВМВы уже знаете, что компьютеры могут применяться в самых различных областях человеческойдеятельности (как уже говорилось, они часто называются предметными областями). В качествепримеров можно привести область научно-технических расчётов (там много операций с вещественными числами, векторами и матрицами), область экономических расчётов (там, в основном, выполняются операции над целыми числами, и производится обработка символьной информации), мультимедийная область (обработка звука, изображения и т.д.), область управления сложными устройствами (ракетами, доменными печами и др.).Мы уже упоминали, что компьютеры, архитектура которых в основном ориентирована на какую-то одну предметную область, называются специализированными, в отличие от универсальныхЭВМ, которые более или менее успешно можно использовать во всех предметных областях.

В нашем курсе мы будем изучать архитектуру только универсальных ЭВМ.Говорят, что компьютеры образуют семейство, если выполняются следующие требования.1. Одновременно выпускаются и используются несколько моделей семейства с различнымипроизводительностью и ценой (моделями называются компьютеры-члены семейства). Таким образом, пользователь может выбирать между дешёвыми моделями с относительно небольшими аппаратными возможностями, и более дорогими моделями с бóльшей производительностью.2. Все модели семейства обладают программной совместимостью:1) снизу-вверх – старшие модели поддерживают все команды младших (любая программа,написанная для младшей модели, безошибочно выполняется и на старшей модели). Этосвойство называется ещё обратной совместимостью;2) сверху-вниз – на младших моделях выполняются программы, написанные для старших,если выполнены следующие условия:– наличие у младшей модели достаточного количества ресурсов (например, памяти илиособых устройств ввода/вывода);– программа состоит только из поддерживаемых младшей моделью команд.3.

Присутствует унификация устройств, то есть их аппаратная совместимость между моделями(например, печатающее устройство должно работать на всех выпускаемых в настоящее время моделях семейства).4. Модели семейства организованы по принципу модульности, что позволяет в определённыхпределах расширять возможности ЭВМ, увеличивая, например, объём памяти или повышаяпроизводительность путём замены центрального процессора более быстродействующим.5. Стандартизировано системное программное обеспечение (например, знакомый многим программистам компилятор с языка Турбо-Паскаль может работать на всех моделях семейства).Большинство выпускаемых в наше время ЭВМ содержатся в каких-либо семействах.1 В нашемкурсе для упрощения изложения будут рассматриваться в основном младшие модели семействаЭВМ компании Intel.

Соответственно, из-за совместимости снизу-вверх все наши примеры программдолжны правильно выполняться для всех моделей этого семейства, поэтому (а также из-за ограниченности времени) мы ограничимся лишь архитектурой и системой команд самой младшей моделиэтого семейства [9].Одной из главных особенностей семейства ЭВМ следует считать программную совместимость,которая позволяет гарантировать, что все разработанные ранее программы будут правильно и безпеределок выполняться и на всех последующих моделях ЭВМ этого семейства. Это требованиядолжно, безусловно, соблюдаться по чисто экономическим соображениям, так как стоимость ужеразработанного программного обеспечения в настоящее время сопоставима со стоимостью всего ап1Вообще говоря, можно было бы ещё потребовать, чтобы все модели семейства выпускались одной фирмой.

В то же время часто случается, что некоторая другая фирма начинает выпускать своё семейство ЭВМ,программно совместимое с уже выпускающимся семейством. В качестве примера можно привести семейство ЭВМ фирмы Intel и семейство ЭВМ фирмы AMD. Важно понять, что такие ЭВМ, выпускаемые разнымифирмами, одинаковы на внутреннем уровне видения архитектуры (например, при программировании на языках низкого уровня), но их архитектура различна на инженерном уровне.2паратного обеспечения. В то же время требования учитывать в новых моделях семейства все те устаревшие архитектурные решения, которые были приняты ранее, становится для разработчиков всёболее тягостной и трудноразрешимой задачей.Ясно, что такое положение вещей не сможет долго продолжаться, и рано или поздно от принципа программной совместимости на внутреннем уровне придётся отказаться.

Новые модели необходимо строить по самым современным архитектурным схемам, учитывающим глубокий параллелизмв обработке данных. В то же время, нельзя и потерять возможность выполнять старые программыдля предшествующих моделей семейства.Очевидно, эту проблему придётся решать следующим способом. Новые процессоры будут иметьсовершенно другую архитектуру и, следовательно, другую систему команд, однако предусмотренаих работа в двух режимах. В основном режиме процессор может выполнять команды только своегонового машинного языка, однако во вспомогательном режиме он имеет возможность аппаратно интерпретировать (полностью имитировать выполнение) программ на языке машины предыдущихмоделей семейства.

Разумеется, интерпретация значительно (в несколько раз) снижает скорость выполнения старых программ. Основную надежду здесь возлагают на то, что старые программы, написанные на языках высокого уровня, могут быть достаточно легко исправлены так, чтобы быть заново откомпилированы уже на новый машинный язык. Кроме того, возможность значительно ускоритьвыполнение своих программ, перейдя на новую архитектуру, должна быть хорошим стимулом дляпрограммистов. Ну, а всем остальным "не передовым" пользователям можно гарантировать, что всеих старые программы на новых моделях будут считаться так же быстро, как и на старых, даже в режиме интерпретации (за счёт повышения вычислительной мощности новых процессоров).Описанный выше подход к построению новых моделей компьютеров сейчас успешно претворяется в жизнь.

Уже в 2001-03 годах компанией Intel был выпущен первый 64-х разрядный процессор,получивший название Itanium. В так называемом 64-битном режиме работы он имеет новую передовую архитектуру и совершенно другую систему команд, рассчитанную на задание явного параллелизма в программах на машинном языке. 1 В то же время в "старом" 32-битном режиме он полностьюаппаратно интерпретирует машинный язык прежних моделей нашего семейства.2Вопросы и упражнения1.2.3.Что такое специализированные и универсальные ЭВМ?Чем отличаются модели семейства ЭВМ друг от друга?Что такое программная совместимость и почему она является обязательной в любом семействеЭВМ?1Эта архитектура называется EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing – вычисление с явно заданнымпараллелизмом команд), она является дальнейшим развитием архитектуры компьютеров VLIW (с очень длинным командным словом), о которой мы немного рассказывали в начале этой книги.2Вообще говоря, процесс эмуляции старых моделей семейства на новых моделях (правда, без смены машинного языка) практикуется уже давно.

Например, когда Вы выполняете свои программы на Ассемблере, рассчитанном на младшую модель нашего семейства, операционная система старшей модели выделяет для этоготак называемую виртуальную машину, которая полностью эмулирует для нас стиль работы на ЭВМ младшихмоделей. Именно поэтому в наших ассемблерных программах мы, например, можем менять "настоящий" вектор прерывания. На новых моделях это можно сделать только в так называемом привилегированном (защищённом) режиме, о чём мы будем говорить далее в главе, посвящённой мультипрограммированию..

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги