Архитектура компьютера

Если разработчикам нужно выбрать форматы команд для их машины, они должны принять во внимание ряд факторов. Нельзя недооценивать сложность этого

решения. Если компьютер с коммерческой точки зрения получается удачным, набор команд может существовать на протяжении 20 лет и более. Имеет огромное значение возможность на протяжении некоторого времени добавлять новые команды и другие элементы, но только в том случае, если архитектура (и компания, создавшая эту архитектуру) протянет достаточно долго.

Эффективность конкретной архитектуры команд зависит от технологии, которая применялась при разработке компьютера. За длительный период времени эта технология значительно изменится, и некоторые характеристики архитектуры команд окажутся (если оглянуться лет на 20 назад) неудачными. Например, если доступ к памяти осуществляется быстро, то подойдет стековая архитектура (как в IJVM), но если доступ к памяти медленный, тогда желательно иметь множество регистров (как в UltraSPARC III). Тем читателям, которые считают, что выбор сделать просто, мы предлагаем взять лист бумаги и записать следующие предположения:
Читать дальше »

В качестве третьего примера мы традиционно рассматриваем микросхему 8051. В отличие от процессоров Pentium 4 (которые в основном используются в настольных компьютерах и серверных фермах) и UltraSPARC III (которые по большей части устанавливаются в крупных серверных, особенно мультипроцессорных, системах), микросхемы 8051 обычно встраиваются в бытовые устройства (от уличных светофоров до будильников) для обработки сигналов от кнопок, световых индикаторов и других элементов пользовательского интерфейса. История этого процессора довольно проста. Когда в 1974 году компания Intel выпустила

микросхему 8080, успех был ошеломляющим. Производители принялись встраивать 8080 в электронные устройства, и с учетом этой тенденции через некоторое время было решено сконструировать микросхему, на которой можно было бы разместить не только процессор, но также модули памяти и контроллеры ввода-вывода. В результате появилась модель 8048, а за ней — 8051. Несмотря на почтенный возраст (а может быть, и благодаря ему), эта микросхема до сих пор пользуется обширным спросом, что объясняется в основном крайне низкой стоимостью, которая во встроенных системах является решающим фактором. В данном подразделе представлена краткая техническая характеристика 8051 и родственных микросхем.
Читать дальше »

Если пользовательская программа и данные занимают ровно целое число страниц, то когда они время от времени загружаются в память, свободного места там не остается. В то же время, если они не занимают ровно целое число страниц, на последней странице останется неиспользованное пространство. Например, если программа и данные занимают 26 ООО байт на машине со страницами по 4096 байт, то первые 6 страниц будут заполнены целиком, что в сумме даст 6 х 4096 = 24 576 байт, а последняя страница будет содержать 26 ООО – 24576 = 1424 байта. Поскольку в каждой странице имеется пространство для 4096 байт, 2672 байта останутся свободными. Всякий раз, когда страница 7 будет оказываться в памяти, эти байты останутся неиспользуемыми, бесполезно занимая место в основной памяти. Эта проблема получила название внутренней фрагментации (поскольку неиспользуемое пространство является внутренним по отношению к странице).

Если размер страницы составляет п байт, то среднее неиспользуемое пространство последней страницы программы будет равно п/2 байт. Таким образом, чтобы свести к минимуму объем бесполезного пространства, страницы должны быть небольшими. Однако при маленьких страницах потребуется много страниц и большая таблица страниц. Если таблица страниц сохраняется аппаратно, то для хранения большой таблицы страниц нужно много регистров, что повышает стоимость компьютера. Кроме того, при запуске и остановке программы на загрузку и сохранение этих регистров потребуется больше времени.
Читать дальше »