Содержание
Об авторе 14
Предисловие 15
Глава 1. Предисловие 18
Многоуровневая компьютерная организация 18
Языки, уровни и виртуальные машины 19
Современные многоуровневые машины 21
Развитие многоуровневых машин 24
Развитие компьютерной архитектуры 29
Нулевое поколение — механические компьютеры (1642-1945) 29
Первое поколение —электронные лампы (1945-1955) ;.... 32
Второе поколение - транзисторы (1955-1965) 35
Третье поколение — интегральные схемы (1965-1980) 37
Четвертое поколение - сверхбольшие интегральные схемы (1980-?) 39
Типы компьютеров 40
Технологические и экономические аспекты 41
Широкий спектр компьютеров 42
Семейства компьютеров 45
Pentium II 45
UltraSPARC II 48
PicoJavall 50
Краткое содержание книги 52
Вопросы и задания 54
Глава 2. Организация компьютерных систем 56
Процессоры 56
Устройство центрального процессора 57
Выполнение команд 58
RISC и CISC 62
Принципы разработки современных компьютеров 64
Параллелизм на уровне команд 65
Параллелизм на уровне процессоров 69
Основная память 73
Бит 73
Адреса памяти 74
Упорядочение байтов 75
Код с исправлением ошибок
Кэш-память 81
Сборка модулей памяти и их типы 84
Вспомогательная память 85
Иерархическая структура памяти 85
Магнитные диски 87
Дискеты 90
Диски IDE 91
SCSI-диски 92
RAID-массивы 93
Компакт-диски 98
CD-R 102
CD-RW 105
DVD 105
Процесс ввода-вывода 108
Шины 108
Терминалы 111
Мыши 119
Принтеры 121
Модемы 126
Коды символов 129
Краткое содержание главы 133
Вопросы и задания 134
Глава 3. Цифровой логический уровень. 139
Вентили и булева алгебра 139
Вентили 139
Булева алгебра 142
Реализация булевых функций 144
Эквивалентность схем 145
Основные цифровые логические схемы 149
Интегральные схемы 149
Комбинационные схемы 151
Арифметические схемы 157
Тактовые генераторы 161
Память 163
Защелки 163
Триггеры (flip-flops) 165
Регистры 168
Организация памяти 168
Микросхемы памяти 172
ОЗУ и ПЗУ 174
Микросхемы процессоров и шины 177
Микросхемы процессоров 177
Шины 179
Ширина шины 182
Синхронизация шины 183
Арбитраж шины 188
Принципы работы шины 191
Примеры центральных процессоров 193
Pentium II 193
UltraSPARC II 200
PicoJavall 203
Примеры шин 205
Шина ISA 206
Шина PCI 207
Шина USB 215
Средства сопряжения 219
Микросхемы ввода-вывода 219
Декодирование адреса 220
Краткое содержание главы 223
Вопросы и задания 224
Глава 4. Микроархитектурный уровень 230
Пример микроархитектуры 230
Тракт данных 231
Микрокоманды 237
Управление микрокомандами: Mic-1 240
Пример архитектуры команд: IJVM 244
Стек 245
Модель памяти IJVM 247
Набор команд IJVM 248
Компиляция Java для IJVM 252
Пример реализации микроархитектуры 254
Микрокоманды и их запись. 254
Реализация IJVM с использованием Mic-1 258
Разработка микроархитектурного уровня 271
Скорость и стоимость 271
Сокращение длины пути 274
Микроархитектура с упреждающей выборкой команд из памяти: Mic-2 280
Конвейерная архитектура: Mtc-З 284
Конвейер с 7 стадиями: Mic-4 290
Увеличение производительности 293
Кэш-память 294
Прогнозирование ветвления 300
Исполнение с изменением последовательности и подмена регистров 306
Спекулятивное выполнение 311
Примеры микроархитектурного уровня 314
Микроархитектура процессора Pentium II 314
Микроархитектура процессора UltraSPARC II 319
Микроархитектура процессора picoJava II 322
Сравнение Pentium, UltraSPARC и picoJava 327
Краткое содержание главы 329
Вопросы и задания 330
Глава 5. Уровень архитектуры команд 334
Общий обзор уровня архитектуры команд 336
Свойства уровня команд 336
Модели памяти 338
Регистры 340
Команды 342
Общий обзор уровня команд машины Pentium II 342
Общий обзор уровня команд системы UltraSPARC II 345
Общий обзор виртуальной машины Java 348
Типы данных 349
Числовые типы данных 350
Нечисловые типы данных 351
Типы данных процессора Pentium II 351
Типы данных машины UltraSPARC II 352
Типы данных виртуальной машины Java 352
Форматы команд 353
Критерии разработки для форматов команд 354
Расширение кода операций 356
Форматы команд процессора Pentium II 358
Форматы команд процессора UltraSPARC II 360
Форматы командЛУМ 361
Адресация 364
Способы адресации 365
Непосредственная адресация 365
Прямая адресация 366
Регистровая адресация 366
Косвенная регистровая адресация 366
Индексная адресация 367
Относительная индексная адресация 369
Стековая адресация 369
Способы адресации для команд перехода 372
Ортогональность кодов операций и способов адресации 373
Способы адресации процессора Pentium II 375
Способы адресации процессора UltraSPARC II 377
Способы адресации машины JVM 377
Сравнение способов адресации 378
Типы команд 379
Команды перемещения данных 379
Бинарные операции 380
Унарные операции 381
Сравнения и условные переходы 383
Команды вызова процедур 385
Управление циклом 385
Команды ввода-вывода 386
Команды процессора Pentium И 390
Команды UltraSPARC II 394
Команды компьютера picoJava II 397
Сравнение наборов команд 403
Поток управления 404
Последовательный поток управления и переходы 404
Процедуры 405
Сопрограмм ы 410
Ловушки 412
Прерывания 413
Ханойская башня 417
Решение задачи «Ханойская башня» на ассемблере Pentium II 418
Решение задачи «Ханойская башня» на ассемблере UltraSPARC II 419
Решение задачи «Ханойская башня» на ассемблере для JVM 421
Intel IA-64. 423
Проблема с Pentium II 423
Модель IA-64: открытое параллельное выполнение команд 425
Предикация 426
Спекулятивная загрузка 429
Проверка в реальных условиях 430
Краткое содержание главы 430
Вопросы и задания 431
Глава 6. Уровень операционной системы 437
Виртуальная память 438
Страничная организация памяти 439
Реализация страничной организации памяти 441
Вызов страниц по требованию и рабочее множество 444
Политика замещения страниц 445
Размер страниц и фрагментация 448
Сегментация 449
Как реализуется сегментация 452
Виртуальная память в процессоре Pentium II 455
Виртуальная память UltraSPARC II 460
Виртуальная память и кэширование 463
Виртуальные команды ввода-вывода 463
Файлы 464
Реализация виртуальных команд ввода-вывода 465
Команды управления директориями 469
Виртуальные команды для параллельной обработки 470
Формирование процесса 471
Состояние гонок 472
Синхронизация процесса с использованием семафоров 476
Примеры операционных систем 479
Введение 480
Примеры виртуальной памяти 489
Примеры виртуального ввода-вывода 493
Примеры управления процессами 504
Краткое содержание главы 510
Вопросы и задания 511
Глава 7. Уровень языка ассемблера 517
Введение в язык ассемблера 518
Что такое язык ассемблера? 518
Зачем нужен язык ассемблера? 519
Формат оператора в языке ассемблера 521
Директивы 524
Макросы 527
Макроопределение, макровызов и макрорасширение 527
Макросы с параметрами 529
Расширенные возможности 530
Реализация макросредств в ассемблере 530
Процесс ассемблирования 531
Двухпроходной ассемблер 531
Первый проход 532
Второй проход 536
Таблица символов 537
Связывание и загрузка 538
Задачи компоновщика 540
Структура объектного модуля 543
Время принятия решения и динамическое перераспределение памяти 545
Динамическое связывание 547
Краткое содержание главы 551
Вопросы и задания 552
Глава 8. Архитектуры компьютеров параллельного
действия 556
Вопросы разработки компьютеров параллельного действия 557
Информационные модели 559
Сети межсоединений 564
Производительность 572
Метрика программного обеспечения 574
Программное обеспечение 579
Классификация компьютеров параллельного действия 584
Компьютеры SIMD 587
Массивно-параллельные процессоры 587
Векторные процессоры 588
Мультипроцессоры с памятью совместного использования 592
Семантика памяти 593
Архитектуры UMASMP с шинной организацией 597
Мультипроцессоры UMA с координатными коммутаторами 603
Мультипроцессоры UMAc многоступенчатыми сетями 605
Мультипроцессоры NUMA 607
Мультипроцессоры CC-NUMA 609
Мультипроцессоры СОМА 619
Мультикомпьютеры с передачей сообщений 621
МРР — процессоры с массовым параллелизмом 622
COW - Clusters of Workstations {кластеры рабочих станций) 626
Планирование 627
Связное программное обеспечение для мультикомпьютеров 632
Совместно используемая память на прикладном уровне 635
Краткое содержание главы 642
Вопросы и задания 643
Глава 9. Библиография 647
Литература для дальнейшего чтения 647
Организация компьютерных систем 648
Цифровой логический уровень 649
Микроархитектурный уровень 649
Уровень команд 650
Уровень операционной системы 651
Уровень языка ассемблера 652
Архитектуры компьютеров параллельного действия 652
Двоичные числа и числа с плавающей точкой 653
Алфавитный список литературы 654
Приложение А. Двоичные числа 665
Числа конечной точности 665
Позиционные системы счисления 667
Преобразование чисел из одной системы счисления в другую 669
Отрицательные двоичные числа 670
Двоичная арифметика 673
Вопросы и задания 674
Приложение Б. Числа с плавающей точкой 676
Принципы представления с плавающей точкой 676
Стандарт IEEE 754 680
Вопросы и задания 683
Алфавитный указатель 685