Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Эти команды не представляли особой ценности, поскольку те же задачи можно было легко решить, используя уже существующие программы, но обычно они работали немного быстрее. Например, во многих компьютерах использовалась команда 1яС (1ЫСгешепт), которая прибавляла к числу единицу. Тогда уже существовала общая команда сложения А00, и не было необходимости вводить новую команду, прибавляющую к числу единицу. Тем не менее команда 1яС работала немного быстрее, чем А00, поэтому ее также включили в набор команд. Многие программы были добавлены в микропрограмму по той же причине.
Среди них можно назвать команды: + для умножения и деления целых чисел; + арифметических действий над числами с плавающей точкой; + вызова и прекращения действия процедур; + ускорения циклов; + работы с символьными строками. 28 Глава 1. Введение Как только производители поняли, что добавлять новые команды очень легко, они начали думать, какими дополнительными техническими возможностями можно наделить микропрограмму.
Приведем несколько примеров: + ускорение работы с массивами (индексная и косвенная адресация); + перемещение программы из одного раздела памяти в другой после запуска программы (настройка); + системы прерывания, которые дают сигнал процессору, как только закончена операция ввода или вывода; + способность приостановить одну программу и начать другую, используя небольшое число команд (переключение процесса); + специальные команды для обработки изобрюкений, звуковых и мультимедийных данных. В дальнейшем дополнительные команды и технические возможности вводились также для ускорения работы компьютеров. Конец микропрограммироаания В 60 — 70-х годах количество микропрограмм значительно увеличилось. Однако они работали все медленнее и медленнее, поскольку требовали большого объема памяти.
В конце концов исследователи осознали, что отказ от микропрограмм резко сократит количество команд, и компьютеры станут работать быстрее. Таким образом, компьютеры вернулись к тому состоянию, в котором они находились до изобретения микропрограммирования. Впрочем, не все так однозначно.
Механизм выполнения программ ~ага, например, предусматривает их компиляцию на промежуточном языке («байт-кодеь )ага) с его последующей интерпретацией. Мы рассмотрели развитие компьютеров, чтобы показать, что граница между аппаратным и программным обеспечением постоянно смещается. Сегодняшнее программное обеспечение может быть завтрашним аппаратным обеспечением и наоборот. Также обстоит дело и с уровнями — между ними нет четких границ. Для программиста не важно, как на самом деле выполняется команда (за исключением, может быть, скорости выполнения). Программист, работающий на уровне архитектуры системы, может использовать команду умножения, как будто это команда аппаратного обеспечения, и даже не задумываться об этом.
То, что для одного человека — программное обеспечение, для другого — аппаратное. Позже мы еще вернемся к этим вопросам. Развитие компьютерной архитектуры В ходе эволюции компьютерных технологий были разработаны сотни разных компьютеров. Многие из них давно забыты, в то время как влияние других на современные идеи оказалось весьма значительным.
В этом разделе мы дадим краткий обзор некоторых ключевых исторических моментов, чтобы лучше понять, каким образом разработчики дошли до концепции современных компьютеров. Мы рассмотрим только основные моменты развития, оставив многие Развитие компьютерной архитектуры 29 подробности за скобками. Компьютеры, которые мы будем рассматривать, пред- ставлены в табл. 1.1. Хорошую подборку исторического материала по «отцам-ос- нователям» компьютерной зры дает Слейтер 1189). Таблица 1.1.
Основные этапы развития компьютеров Год Название Создатель выпуска компьютера Примечания 1834 Бэббидж Аналитическая машина 1936 Зус 1943 СОь08808 Британское нравится~ство Айкен ! 944 МагИ ! 1946 ЕН1АС 1 Экерт/Моушли 1949 ЕОВАС Уилкс УУП(гкэ!пб ! Первый компьютер реального времени 1951 МТИ Фон Нейман 1952 !АВ 1960 ОЕС РОР-1 Очень популярный маленький компьютер 1961 1401 )ВМ 1962 7094 Очень популярная небольшая вычислительная машина 18М 1963 В5000 Виггоооьв Первое семейства компьютеров !964 360 )ВМ ! 964 6600 СОС ОЕС РОР-8 1965 РОР-1! Эти мини-компьютеры доминировали на компьютерном рынке в 70-е годы 1970 ОЕС Первый универсальный 8-разрядный компьютер на микросхеме 1974 8080 )пте( СВАУ-1 1974 ЧАХ 1ВМ РС 18М Первый портативный компьютер ОзЬогпе-1 1981 ОзЬогпе Первый ПК с графическим пользовательским интерфейсом Арр)е 1983 Продолжение эт т978 1981 Сгау ОЕС Первая попытка построить цифровой компьютер Первая релейная вычислительная машина Первый электронный компьютер Первый американский многоцелевой компьютер С этой машины начинается история современных компьютеров Первый компьютер с программами, хранящимися в памяти Этот проект используется в большинстве современных компьютеров Первый мини-компьютер (продано 50 экземпляров) Первая машина, разработанная для языка высокого уровня Первый суперкомпьютер для научных расчетов Первый мини-компьютер массового потребления (продано 50 000 экземпляров) Первый векторный суперкомпьютер Первый 32-разрядный суперминикомпьютер Началась эра современных персональных компьютеров 30 Глава 1.
Введение Таблица 1.1 1продолхтение) Год Название Создатель Примечания выпуска компьютера Первый 32-разрядный предшественник линейки Реп1!ц!и 1986 386 1п1е1 Первый компьютер В18С Первая рабочая станция й!ЯС нв основе процессора ЯРАВС 1986 1987 М1РЯ М1РЯ ЯРАЙС В86000 Воп 1990 1992 1993 Первый суперскалярный компьютер Первый 64-разрядный ПК Первый карманный компьютер !ЯМ А!рва Ыевяоп ВЕС Арр1е Нулевое поколение — механические компьютеры [1642-1945) Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623 — 1662), в честь которого назван один из языков программирования.
Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания. Тридцать лет спустя великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 — 1716) построил другую механическую машину, которая помимо сложения и вычитания могла выполнять операции умножения и деления.
В сущности, Лейбниц три века назад создал подобие карманного калькулятора с четырьмя функциями. Еще через 150 лет профессор математики Кембриджского Университета, Чарльз Бэббидж (1792-1871), изобретатель спидометра, разработал и сконструировал рааностную машину. Эта механическая машина, которая, как и машина Паскаля, могла лишь складывать и вычитать, подсчитывала таблицы чисел для морской навигации. В машину был заложен только один алгоритм — метод конечных разностей с использованием полиномов.
У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода— перфокарты и компакт-диски. Хотя его устройство работало довольно неплохо, Бэббиджу вскоре наскучила машина, выполнявшая только один алгоритм. Он потратил очень много времени, большую часть своего семейного состояния и еще 17 000 фунтов, выделенных правительством, на разработку аналитической машины.
У аналитической машины было 4 компонента: запоминающее устройство (память), вычислительное устройство, устройство ввода (для считывания перфокарт), устройство вывода (перфоратор и печатающее устройство). Память состояла из 1000 слов по 50 десятичных разрядов; каждое из слов содержало переменные и результаты.
Вычислительное устройство принимало операнды из памяти, затем выполняло операции сложения, вычитания, умножения или деления и возвращало полученный результат обратно в память. Как и разностная машина, это устройство было механическим. Развитие компьютерной архитектуры 31 Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задания. Она считывала команды с перфокарт и выполняла их. Некоторые команды приказывали машине взять 2 числа из памяти, перенести их в вычислительное устройство, выполнить над ними операцию (например, сложить) и отправить результат обратно в запоминающее устройство. Другие команды проверяли число, а иногда совершали операцию перехода в зависимости от того, положительное оно или отрицательное. Если в считывающее устройство вводились перфокарты с другой программой, то машина выполняла другой набор операций.
То есть в отличие от разностной аналитическая машина могла выполнять несколько алгоритмов. Поскольку аналитическая машина программировалась на элементарном ассемблере„ей было необходимо программное обеспечение. Чтобы создать это программное обеспечение, Бэббидж нанял молодую женщину — Аду Августу Ловлейс (Ада Апяпз1а Еоуе!асе), дочь знаменитого британского поэта Байрона. Ада Ловлейс была первым в мире программистом. В ее честь назван современный язык программирования — Ада. К несчастью, подобно многим современным инженерам, Бэббидж никогда не отлаживал компьютер. Ему нужны были тысячи и тысячи шестеренок, сделанных с такой точностью, которая в Х1Х веке была недоступна. Но идеи Бэббиджа опередили его эпоху, и даже сегодня большинство современных компьютеров по конструкции сходны с аналитической машиной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
