Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Объясните следующие термины своими словами: 1) транслятор; 2) интерпретатор; 3) виртуальная машина. 2. Чем отличается интерпретация от трансляции? 3. Может ли компилятор производить данные непосредственно для уровня микроархитектуры, минуя уровень архитектуры набора команд? Обсудите все доводы за и против. 4. Можете ли вы представить многоуровневый компьютер, у которого уровень физических устройств и цифровой логический уровень — не самые нижние уровни? Объясните, почему. 5. Рассмотрим многоуровневый компьютер, в котором все уровни отличаются друг от друга.
Команды каждого уровня в т раз мощнее команд предыдущего уровня, то есть одна команда уровня г может выполнять ту же работу, кото- Вопросы и задания 67 14. Назовите три бытовых устройства, в которые имеет смысл устанавливать встроенные процессоры. 15. В определенный момент времени диаметр транзистора в микропроцессоре со 16. Вопрос о том, кто является изобретателем компьютера, получил правовую 6. 7.
8. 10. 11. 12. 13. рую выполняют т команд на уровне г — 1. Если для выполнения программы первого уровня требуется я секунд, сколько времени будут выполняться соот- ветствующие программы на уровнях 2, 3 и 4, с учетом того, что для интерпре- тации одной команды уровня г + 1 требуется и команд уровня г? Некоторые команды уровня операционной системы идентичны командам уровня архитектуры набора команд. Эти команды сразу выполняются микро- программой, а не операционной системой. Учитывая ответ на предыдущий вопрос, подумайте, зачем это нужно. Рассмотрим компьютер с идентичными интерпретаторами на уровнях 1, 2 и 3.
Для выборки, изучения и выполнения одной команды интерпретатору требу- ется п служебных команд. На уровне 1 одна команда выполняется за я нано- секунд. За какое время одна команда будет выполнена на уровнях 2, 3 и 4? В каком смысле аппаратное и программное обеспечение эквивалентны? В ка- ком они не эквивалентны? Разностная машина Беббиджа была снабжена фиксированной программой без возможности внесения изменений. Не напоминает ли это вам современ- ные компакт-диски? Аргументируйте свой ответ.
Одно из следствий идеи фон Неймана о хранении программы в памяти ком- пьютера — возможность вносить изменения в программы. Приведите пример, где это может быть полезно (подсказка: подумайте об арифметических опера- циях над массивами).
Производительность 75-й модели 360 в 50 раз выше, чем модели ЗО, однако время цикла меньше всего лишь в 5 раз. Объясните, почему. На рис. 1.4 и 1.5 изображены схемы компьютерных систем. Опишите, как происходит процесс ввода-вывода в каждой из систем. У какой из них общая производительность больше? Предположим, что каждый из 300 миллионов жителей США каждый день по- требляет две упаковки продуктов, оснащенных микросхемами КЕ1В. Сколь- ко таких микросхем придется произвести за год, чтобы покрыть такой объем спроса? Если одна микросхема стоит 1 цент, в какую сумму обойдется произ- водство микросхем в полученном объеме? Сравните вычисленную сумму с о- бъемом ВВП и подумайте, не станет ли проблематичным внедрение этой тех- нологии? ставлял один микрон.
Каков будет диаметр транзистора в новой модели в сле- дующем году в соответствии с законом Мура? оценку в апреле 1973 года, когда судья Эрл Ларсон вынес решение по иску Яреггу Канд Согрогайоп, владельца патентов на системы ЕХ1АС, о нарушении патентных прав. Позиция компании Яреггу Капо заключалась в том, что все без исключения производители компьютеров должны выплачивать ей роялти по той простой причине, что ей принадлежали все основные патенты.
68 Глава 1. Введение Рассмотрение дела в суде началось в июне 1971 года; в общей сложности за период разбирательства суду было представлено свыше 30 000 документальных и вещественных доказательств. Стенограммы заседаний заняли более 20 000 страниц. Ваша задача состоит в том, чтобы как можно подробнее ознакомиться с материалами этого разбирательства, которые в изобилии представлены в Интернете,и написать отчет по технической составляющей дела. Что именно запатентовали Экерт и Моушли и почему судья решил, что их система была основана на более ранних разработках Атанасова? 17. Напишите краткое резюме о трех исследователях, которые, по вашему мнению, оказали наибольшее влияние на эволюцию аппаратного обеспечения компьютеров до их современного состояния; объясните, почему вы выбрали именно их. 18.
Напишите аналогичное резюме относительно программного обеспечения. Глава 2 Организация компьютерных систем Цифровой компьютер состоит из связанных между собой процессоров, модулей памяти и устройств ввода-вывода. Глава 2 призвана познакомить читателя с этими компонентами и с тем, как они взаимосвязаны. Данная информация послужит основой для подробного рассмотрения каждого уровня в последующих пяти главах. Процессоры, память и устройства ввода-вывода — ключевые понятия, они будут упоминаться при обсуждении каждого уровня, поэтому изучение компьютерной архитектуры мы начнем с них.
Процессоры На рис. 2.1 показана структура обычного компьютера с шинной организацией. Центральный процессор — это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет одну за другой. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления. Шины могут быть внешними (связывающими процессор с памятью и устройствами ввода-вывода) и внутренними. Центральный процессор Шина Рис. 2.1. Схема компьютера с одним центральным процессором и двумя устройствами ввода-вывода 70 Глава 2.
Организация компьютерных систем Процессор состоит из нескольких частей. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа. Арифметико-логнческое устройство выполняет арифметические операции (например, сложение) и логические операции (например, логическое И). Внутри центрального процессора находится память для хранения промежуточных результатов и некоторых команд управления. Эта память состоит из нескольких регистров, каждый из которых выполняет определенную функцию.
Обычно размер всех регистров одинаков. Каждый регистр содержит одно число, которое ограничивается размером регистра. Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку они находятся внутри центрального процессора. Самый важный регистр — счетчик команд, который указывает, какую команду нужно выполнять следующей. Название «счетчик команд» не соответствует действительности, поскольку он ничего не считает, но этот термин употребляется повсеместно'. Еще есть регистр команд, в котором находится выполняемая в данный момент команда. У большинства компьютеров имеются и другие регистры, одни из них многофункциональны, другие выполнягот лишь какие-либо специфические функции.
Устройство центрального процессора Внутреннее устройство тракта данных типичного фон-неймановского процессора иллюстрирует рис. 2.2. Тракт данных состоит из регистров (обычно от 1 до 32), арифметико-логического устройства (АЛУ) и нескольких соединительных шин. Содержимое регистров поступает во входные регистры АЛУ, которые на рис. 2.2 обозначены буквами А и В.
В них находятся входные данные АЛУ, пока АЛУ производит вычисления. Тракт данных — важная составная часть всех компьютеров, и мы обсудим его очень подробно. АЛУ выполняет сложение, вычитание и другие простые операции над входными данными и помещает результат в выходной регистр. Содержимое этого выходного регистра может записываться обратно в один из регистров или сохранятся в памяти, если это необходимо. Рисунок 2.2 иллюстрирует операцию сложения.
Отметим, что входные и выходные регистры есть не у всех компьютеров. Большинство команд можно разделить на две группы: типа регистр-память и типа регистр-регистр. Команды первого типа вызывают слова из памяти, помещают их в регистры, где они используются в качестве входных данных АЛУ (слова — это такие элементы данных, которые перемещаются между памятью и регистрамит). Словом может быть целое число. Организацию памяти мы обсудим далее в этой главе.
Другие команды этого типа помещают регистры обратно в память. Команды второго типа вызывают два операнда из регистров, помещают их во входные регистры АЛУ, выполняют над ними какую-нибудь арифметическую или логическуго операцию и переносят результат обратно в один из регистров. Используется также термин «указатель команды — Примеч. научи. ред. ' На самом деле размер слова обычно соответствует разрядности регистра данных. Так, у 16-разрялных микропроцессоров 8086 и 8088 слово имеет длину 16 бит, а у 32-разрядных микропроцессоров — 32 бита. — Припев. научн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
