Архитектура компьютера

Архитектура SPARC была впервые введена в 1987 году компанией Sun Microsystems. Эта архитектура стала одной из первых RISC-архитектур промышленного назначения. Она была основана на исследовании, проведенном в Беркли в 80-е годы [161, 164]. Изначально архитектура SPARC была 32-разрядной, но UltraSPARC III — это 64-разрядная машина, основанная на архитектуре Version 9 SPARC, и именно ее мы будем описывать в этой главе. В целях согласованности с остальными частями книги мы будем называть данную систему UltraSPARC III, хотя на уровне архитектуры набора команд все машины UltraSPARC идентичны.

Структура памяти машины UltraSPARC III очень проста — линейный массив размером 2⁶⁴ байт. В настоящее время реализовать ее невозможно, поскольку память слишком велика (18 446 744 073 709 551 616 байт). Современные реализации имеют ограничение на размер адресного пространства, к которому они могут обращаться (2⁴⁴ байт у UltraSPARC III), но в будущем это число увеличится. Байты нумеруются слева направо, но можно перейти на нумерацию справа налево, установив один из битов во флаговом регистре.
Читать дальше »

Прошло уже более двадцати лет с тех пор, как были сконструированы первые компьютеры RISC, однако некоторые принципы их функционирования можно перенять, учитывая современное состояние технологии разработки аппаратного обеспечения. Если происходит очень резкое изменение в технологии (например, новый процесс производства делает время обращения к памяти в 10 раз меньше, чем время обращения к центральному процессору), меняются все условия. Поэтому разработчики всегда должны учитывать возможные технологические изменения, которые могли бы повлиять на баланс между компонентами компьютера.

Существует ряд принципов разработки, иногда называемых принципами RISC, которым по возможности стараются следовать производители универсальных процессоров. Из-за некоторых внешних ограничений, например требования совместимости с другими машинами, приходится время от времени идти на компромисс, но эти принципы — цель, к которой стремятся большинство разработчиков.
Читать дальше »

Во всех компьютерах имеются несколько регистров, доступных на уровне архитектуры набора команд. Они позволяют контролировать выполнение программы, хранить временные результаты, а также служат для некоторых других целей. Обычно регистры, доступные на уровне микроархитектуры, например TOS и MAR (см. рис. 4.1), на уровне архитектуры набора команд недоступны, однако некоторые регистры, например счетчик команд и указатель стека, доступны на обоих уровнях. В то же время регистры, доступные на уровне архитектуры набора команд, всегда доступны на уровне микроархитектуры, поскольку именно там они реализованы.

Регистры уровня архитектуры набора команд можно разделить на две категории: специальные регистры и регистры общего назначения. К специальным регистрам относятся счетчик команд и указатель стека, а также другие регистры, имеющие особые функции. Регистры общего назначения содержат ключевые локальные переменные и промежуточные результаты вычислений. Их основная функция состоит в том, чтобы обеспечить быстрый доступ к часто используемым данным (обычно без обращений к памяти). RISC-машины с высокоскоростными процессорами и (относительно) медленной памятью обычно содержат как минимум 32 регистра общего назначения, причем в новых процессорах количество регистров общего назначения постоянно растет.
Читать дальше »

В конце 70-х годов проводилось много экспериментов с очень сложными командами, появление которых стало возможным благодаря интерпретации. Разработчики пытались уменьшить разрыв между тем, что компьютеры способны делать, и тем, что требуют языки высокого уровня. Едва ли кто-нибудь тогда думал о разработке более простых машин, так же как сейчас мало кто (к несчастью) занимается разработкой менее мощных операционных систем, сетей, редакторов и т. д.

В компании IBM этой тенденции противостояла группа разработчиков во главе с Джоном Коком (John Cocke); они попытались воплотить идеи Сеймура Крея, создав экспериментальный высокоэффективный мини-компыотер 801. Хотя компания IBM не занималась сбытом этой машины, а результаты эксперимента были опубликованы только через несколько лет [170], весть быстро разнеслась по свету, и другие производители тоже занялись разработкой подобных архитектур.
Читать дальше »

В главе 5 на примере процессора Itanium 2 мы уже сталкивались с архитектурой VLIW. Теперь познакомимся с другим VLIW-процессором — TriMedia производства компании Philips. TriMedia — это встроенный процессор для устройств обработки изображений, а также аудио- и видеустройств, таких как CD-, DVD-и МРЗ-плееры, устройства записи CD и DVD, интерактивные телевизоры, цифровые фотокамеры, видеокамеры и т. д. Учитывая специализацию, нет ничего удивительного в многочисленных отличиях TriMedia от Itanium 2 — универсального процессора для высокопроизводительных серверов.

В состав одной TriMedia-команды может входить до пяти операций. В полностью оптимальных условиях за тактовый цикл запускается одна команда и выбирается пять операций. Номинальная тактовая частота процессора составляет 266 или 366 МГц, но так как за один цикл может выполняться до пяти операций, фактическое быстродействие в пять раз больше. При дальнейшем изложении мы будем исходить из характеристик реализации ТМ3260 процессора. Другие версии TriMedia имеют ряд малозначительных отличий.
Читать дальше »