Глава 2 знакомит читателей с основными компонентами компьютера: процес­сорами, памятью, устройствами ввода-вывода. В ней дается краткое описание си­стемной архитектуры и введение к следующим главам.

Главы 3, 4, 5 и 6 касаются каждая одного из уровней, показанных на рис. 1.2. Мы идем снизу вверх, поскольку компьютеры разрабатывались именно таким об­разом. Структура уровня к в значительной степени определяется особенностями уровня к-1, поэтому очень трудно понять, как устроен определенный уровень, если

не рассмотреть подробно предыдущий, который и определил строение последую­щего. К тому же с точки зрения обучения логичнее следовать от более простых уровней к более сложным, а не наоборот.

Глава 3 посвящена цифровому логическому уровню, то есть аппаратному обес­печению. В ней рассказывается, что такое вентили и как они объединяются в схе­мы. В этой главе также вводятся основные понятия булевой алгебры, которая ис­пользуется для обработки цифровых данных. Кроме того, объясняется, что такое

шины, причем особое внимание уделяется популярной шине PCI. В главе приво­дится много разнообразных примеров, в том числе относящихся к трем компьюте­рам, упомянутым выше.

Глава 4 знакомит читателя со строением микроархитектурного уровня и прин­ципами его работы. Поскольку функцией этого уровня является интерпретация команд второго уровня, мы сконцентрируемся именно на этом и проиллюстриру­ем это на примерах. В этой главе также рассказывается о микроархитектурном уров­не некоторых конкретных компьютеров.

В главе 5 обсуждается уровень архитектуры команд, который многие называют машинным языком. Здесь мы подробно рассмотрим 3 компьютера, выбранные нами в качестве иллюстративных примеров.

В главе 6 говорится о некоторых командах, об устройстве памяти компьютера, о механизмах управления на уровне операционной системы. В качестве примеров будут использованы операционные системы Windows NT, которая устанавлива­ется на Pentium П, и UNIX, используемая на UltraSPARC П.

Глава 7 — об уровне языка ассемблера. Сюда относится и язык ассемблер, и про­цесс ассемблирования. Здесь также речь пойдет о компоновке.

В главе 8 обсуждаются параллельные компьютеры, важность которых возрас­тает с каждым днем. Одни из них действуют на основе нескольких процессоров, которые разделяют общую память, у других общей памяти нет. Одни из них пред­ставляют собой суперкомпьютеры, другие — сети рабочих станций Все эти разно­видности параллельных компьютеров будут рассмотрены подробно

Глава 9 содержит список рекомендуемой литературы к каждому разделу, а так­же алфавитный список литературы, цитируемой в этой книге.

Вопросы и задания

1. Объясните следующие термины своими словами:

1. Транслятор. 2 Интерпретатор. 3. Виртуальная машина.

2. Чем отличается интерпретация от трансляции?

2. Может ли компилятор производить данные сразу для микроархитектурно­го уровня, минуя уровень архитектуры команд? Обоснуйте все доводы за и против.

4. Можете ли вы представить многоуровневый компьютер, у которого уровень

внешнего устройства и цифровой логический уровень — не самые нижние уровни? Объясните, почему.

5. Рассмотрим компьютер с идентичными интерпретаторами на первом, вто- ром и третьем уровнях. Чтобы вызвать из памяти, определить и выполнить одну команду, интерпретатору нужно выполнить п команд. Выполнение од- ной команды первого уровня занимает к не. СКОЛЬКО времени будет зани- мать выполнение одной команды на втором, третьем и четвертом уровнях?

6. Рассмотрим многоуровневый компьютер, в котором все уровни отличаются

друг от друга. Команды каждого уровня в m раз мощнее команд предыдуще­го уровня, то есть одна команда уровня г может выполнять ту же работу, которую выполняют m команд на уровне г-1. Если для выполнения про­граммы первого уровня требуется к секунд, сколько времени будут выпол­няться соответствующие программы на втором, третьем и четвертом уров­нях, учитывая, что для интерпретации одной команды уровня г+1 требуется п команд уровня г?

7. Некоторые команды уровня операционной системы идентичны командам уровня архитектуры команд. Эти команды сразу выполняются микропро- граммой, а не операционной системой. Учитывая ответ на предыдущий во- прос, подумайте, зачем это нужно.

8. В каком смысле аппаратное и программное обеспечение эквивалентны?

А в каком не эквивалентны?

9. Одно из следствий идеи фон Неймана хранить программу в памяти компью­тера — возможность вносить изменения в программы. Приведите пример,

где это может быть полезно (подсказка: подумайте об арифметических опе­рациях над массивами).

10. Работоспособность 75-й модели IBM-360 в 50 раз больше, чем у модели 30, однако время цикла меньше всего лишь в 5 раз. Объясните, почему.

11. На рисунках 1.4 и 1.5 изображены схемы компьютерньгх систем. Опишите, как происходит процесс ввода-вывода в каждой из этих систем. У какой из них общая производительность больше?

12. В определенный момент времени диаметр транзистора на микропроцессоре составлял один микрон. Каков будет диаметр транзистора на новой модели в следующем году в соответствии с законом Мура?