Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В них устанавливаются аналогичные, хотя и меньшие по размеру, аппаратные компоненты. По возможностям выполнения и набору программ настольные и портативные компьютеры не различаются. К персональным очень близки карманные компьютеры (РьтА).
Они еще меньше, чем ноутбуки, однако процессор, память, клавиатура, дисплей и большинство других стандартных компонентов персонального компьютера в них присутствуют. Большинство читателей, вероятно, знакомы с характеристиками персональных компьютеров, поэтому не будем углубляться в анализ этой категории. 52 Глава 1. Введение Серверы Мощные персональные компьютеры и рабочие станции часто используются в качестве сетевых серверов — как в локальных сетях (обычно в пределах одной организации), так и в Интернете. Серверы, как правило, поставляются в однопроцессорной и мультипроцессорной конфигурациях. В системах из этой категории обычно устанавливаются модули памяти общим объемом в несколько гигабайтов, жесткие диски емкостью в сотни гигабайтов и высокоскоростные сетевые интерфейсы.
Некоторые серверы способны обрабатывать тысячи транзакций в секунду. С точки зрения архитектуры однопроцессорный сервер не слишком отличается от персонального компьютера. Он просто работает быстрее, занимает больше места, содержит больше дискового пространства и устанавливает более скоростные сетевые соединения.
Серверы работают под управлением тех же операционных систем, что и персональные компьютеры, — как правило, это различные версии 1)Н)Х и %г1пс1оюэ. Комплексы рабочих станций В связи с тем, что по соотношению «цена/производительность» позиции рабочих станций и персональных компьютеров постоянно улучшаются, в последние годы появилась практика их объединения в рамках кластеров рабочих станций (С1цзгегз Ог" ЪЧогкзгаг1опз, СО%'), которые иногда называют просто «кластерами». Они состоят из нескольких персональных компьютеров или рабочих станций, подключенных друг к другу по высокоскоростной сети и снабженных специальным программным обеспечением, которое позволяет направлять их ресурсы на решение единых задач (как правило, научных и инженерных).
В большинстве случаев компоненты кластера — это совершенно обычные коммерческие машины, которые можно приобрести по отдельности в любом компьютерном магазине, Высокоскоростные сетевые соединения, как правило, тоже можно организовать при помощи стандартных сетевых плат. Кластеры отличаются удобством масштабирования — любой кластер можно расширить с десятка до нескольких тысяч машин. Количество компонентов кластера обычно ограничивается лишь толщиной кошелька покупателя. Поскольку компоненты кластеров достаточно дешевы, их приобретение могут себе позволить не только организации, но и их отделы.
Нередко в виде кластеров организуются веб-серверы. Если частота обращений к страницам веб-сайта исчисляется тысячами в секунду, дешевле организовать кластер из нескольких сотен (или даже тысяч) серверов и распределить между ними нагрузку по обработке запросов. Кластеры, реализующие такую схему, часто называют серверными фермами (зегчег 1агшз). Мэйнфреймы Наконец мы дошли до больших компьютеров размером с комнату, напоминавших компьютеры 60-х годов и традиционно называемых мэйнфреймами.
В большинстве случаев зги системы — прямые потомки больших компьютеров серии 360. Семейства компьютеров 53 Обычио они работают не намного быстрее, чем мощньге серверы, но у них выше скорость процессов ввода-вывода и обладают они довольно большим пространством на диске — 1 Тбайт и более (1 терабайт = 10'~ байт). Такие системы стоят очень дорого и требуют крупных вложений в программное обеспечение, данные и персонал, обслуживающий зти компьютеры. Многие компании считают, что дешевле заплатить несколько миллионов долларов один раз за такую систему, чем даже думать о необходимости заново программировать все прикладные программы для маленьких компьютеров. Именно этот класс компьютеров привел к проблеме 2000 года Проблема возникла из-за того, что в 60-е и 70-е годы программисты, писавшие программы на языке СОВОГО, представляли год двузначным десятичным числом с целью экономии памяти.
Они не смогли предвидеть, что их программное обеспечение будет использоваться через три или четыре десятилетия. Катастрофы, о которой так много говорили, не произошло, поскольку на ее предотвращение были затрачены огромные ресурсы, однако многие компании повторили ту же ошибку, добавив к числу года всего два десятичных разряда. Автор этой книги предсказывает, что конец цивилизации произойдет в полночь 31 декабря 9999 года, когда сразу уничтожатся все программы, написанные за 8000 лет на языке СОВО1.. В последние годы под влиянием Интернета наблюдается возрождение мэйнфреймов как полноценной категории компьютеров.
Они заняли нишу мощных серверов Интернета, способных обрабатывать огромное количество транзакций в секунду, что крайне актуально для электронной коммерции в целом и компаний, вынужденных обслуживать громадные базы данных, в частности. Несмотря на то, что основное внимание в этой книге уделяется персональным компьютерам, серверам и микроконтроллерам, в главе 5 мы рассмотрим мэйнфреймы более детально. До последнего времени существовала еще одна крупная категория вычислительных машин — суперкомпьютеры. Их процессоры работали с очень высокой скоростью, в них устанавливались модули памяти общей емкостью в несколько десятков гигабайтов, высокоскоростные диски и сетевые интерфейсы.
Суперкомпьютеры используются для решения различных научных и технических задач, которые требуют сложных вычислений, например таких, как моделирование сталкивающихся галактик, синтез новых лекарственных препаратов, моделирование потока воздуха вокруг крыла аэроплана. Сейчас, когда вычислительные возможности, аналогичные тем, что предлагают суперкомпьютеры, реализуются в виде кластеров, эта категория компьютеров постепенно отмирает. Семейства компьютеров Основное внимание в этой книге уделяется вычислительным системам трех типов: персональным компьютерам, серверам и встроенным компьютерам.
Персональные компьютеры представляют немалый интерес хотя бы по той причине, что все читатели ими, несомненно, пользуются. На серверных системах выполняются все службы в Интернете. Наконец, встроенные компьютеры, хотя и незаметны для пользователей, контролируют работу многих агрегатов в автомобилях, теле- 54 Глава 1. Введение визорах, микроволновых печах, стиральных машинах, да и вообще практически во всех мыслимых электронных устройствах стоимостью выше 50 долларов. В этом разделе мы вкратце рассмотрим принципы действия трех моделей компьютеров, которые далее по ходу изложения материала будем привлекать в качестве примеров. Это — Репсшш 4, П!сгаЗРАКС 1П и 8051. Репбит 4 В 1968 году Роберт Нойс (КоЬегс Ь)оусе), изобретатель кремниевой интегральной схемы, Гордон Мур (Оогс!оп Мооге), автор известного закона Мура, и Артур Рок (АгсЬиг Кос1), венчурный капиталист из Сан-Франциско, основали корпорш!ию!пСе! для производства компьютерных микросхем.
За первый год своего существования корпорация продала микросхем всего на 3000 долларов, но потом обьем продаж заметно вырос. В конце 60-х годов калькуляторы представляли собой большие электромеханические машины размером с современный лазерный принтер и весили около 20 кг. В сентябре 1969 года японская компания Впгйсош обратилась к корпорации !псе! с просьбой выпустить 12 несерийных микросхем для электронной вычислительной машины. Инженер компании 1пте! Тед Хофф (Тед Ноб), назначенный в качестве исполнителя этого проекта, решил, что можно поместить 4-разрядный универсальный процессор на одну микросхему, которая будет выполнять те же функции и при этом окажется проще и дешевле. Так в 1970 году появился первый процессор на одной микросхеме — 4004 на 2300 транзисторах.
Заметим, что ни сотрудники !псе!, ни сотрудники Внкйсош не имели ни малейшего понятия, какое грандиозное открытие они совершили. Когда компания 1пте! решила, что стоит попробовать использовать процессор 4004 в других разработках, она предложила купить все права на новую микросхему у компании Вигйсош за 60 000 долларов, то есть за сумму, которую Вигйсопт заплатила !псе! за разработку этой микросхемы. Фирма Впгйсош сразу приняла предложение !псе!, и компания 1пге! начала работу над 8-разрядной версией микросхемы, 8008, выпущенной в 1972 году. Все процессоры семейства 1пте1, начиная с моделей 4004 и 8008, перечислены в табл.
1 4, Поскольку никто не ожидал большого спроса на микросхему 8008, она была выпущена достаточно ограниченным тиражом. Ко всеобщему удивлению, новая микросхема вызвала большой интерес, поэтому компания 1пге! начала разработку еще одного процессора, в котором предел в 16 Кбайт памяти (как у процессора 8008), навязываемый количеством внешних выводов микросхемы, был преодолен. Так появился небольшой универсальный процессор 8080, выпущенный в 1974 году. Как и РРР-8, он произвел революцию на компьютерном рынке и сразу стал массовым продуктом. Разница лишь в масштабах: компания ПЕС продала тысячи Р1)Р-8, а 1пге! — миллионы процессоров 8080. В 1978 году появился процессор 8086, 16-разрядный процессор на одной микросхеме. Процессор 8086 был во многом похож на 8080, но не был полностью совместим с ним.
Затем появился процессор 8088 с такой же архитектурой, как у 8086. Он выполнял те же программы, что и 8086, но вместо 16-разрядной шины у него была 8-разрядная, из-за чего процессор работал медленнее, но стоил Семейства компьютеров 55 дешевле, чем 8086'. Когда компания 1ВМ выбрала процессор 8088 для 1ВМ РС, эта микросхема стала эталоном в производстве персональных компьютеров. Таблица 1.4. Семейство процессоров!п1е1, Тактовая частота измеряется в МГц (! МГц = 1 млн цикловбс) Количество Объем Примечание транзисторов памяти Микро- схема Дата МГц выпуска 640 байт Первый микропроцессор на микросхеме 4004 4!1971 0,108 4/1972 0,08 4/1974 2 6/1978 5-10 2 300 16 Кбайт 3 500 Первый 8-разрядный микропроцессор 8008 64 Кбайт 6 000 Первый многоцелевой процессор на микросхеме 8080 1 Мбайт Первый 16-разрядный процессор на микросхеме 8086 29 000 29 000 1 Мбайт Использовался в!ВМ РС 16 Мбайт Появилась защита памяти 5-8 8088 6/1979 2/1982 1О/1985 8-12 134 000 275 000 80286 4 Гбайт !6 — ЗЗ 80386 Первый 32-разрядный процессор Кзш-память на 8 Кбайт 4 Гбайт 4 Гбвйт 25 — 100 60-223 4/1989 3/1993 1 200 000 3 100 000 80486 Два конвейера, у более поздних моделей — ММХ Репннгп 4 Гбайта Два уровня кзш-памяти 4 Гбвйт Репбнгп Рго плюс ММХ 150-200 233-400 650-1400 3!1995 5!1997 2!1999 5 500 000 7 500 000 9 500 000 Реп1ат Рго Репбнш а Реп1шгп Ш 4 Гбвйт Появились 88Е-команды, ускоряющие обработку трехмерной графики Репбигп 4 11/2000 1300-3800 42 000 000 4 Гбайт Гиперпоточность, дополнительные 88Е-команды ' На самом деле разница в стоимости самих микропроцессоров была незначительной, но компьютеры, собираемые на базе микропроцессора 8088, были дешевле, чем собираемые на базе мнкроцроцессора 8086.
В то время были распространены 8-разрядные периферийные устройства, поатому микропроцессор 8088 позволял упростить сопряжение с внешними устройствами. — Примеч. научи ред. ' Шина адреса у микропроцессоров Репсшш Рго и Релсшсв П имеет ширину 36 бнт, что позволяет нелосрелственне адресовать 64 Гбайт. — Примеч. научи. ред. Пи 8088, ни 8086 не могли обращаться к памяти объемом более 1 Мбайт. К началу 80-х годов это стало серьезной проблемой, поэтому компания 1п1е1 разработала модель 80286, совместимую с 8086.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
