Техника - молодёжи 1995-11, страница 21

Полвека потратил Чарлз Бэббидж на разработку аналитической машины, предвосхитившей компьютеры. Он умер в 1871 г., так и не построив ее: не позволил уровень техники.

Дальнейшая интеграция элементов на кристаллах кремния привела к появлению

БИС (больших интегральных схем) и СБИС (сверхбольших ИС), а вместе с ними — и к появлению ЭВМ четвертого и пятого поколений, которые стало принятым именовать компьютерами. Сердце компьютера — процессор — как правило, составляют:

1) устройство управления (УУ), которое обеспечивает выполнение программы и управляет перемещением информации в ЭВМ;

2) арифметико-логическое устройство (АЛУ), обеспечивающее необходимые преобразования информации;

3) блок регистров — внутрипроцессорная память быстрого доступа, которая связывает процессор с относительно медленной внешней памятью;

4) магистрали перемещения информации, связывающие первые три части между собой, а также с внепроцессорной аппаратурой (шины данных, адреса и управления).

Любая программа представляет собой набор команд, выполняемых последовательно. Принцип выполнения программы процессором

70-х) до середины 80-х годов, сменилось ДВА ПОКОЛЕНИЯ АППАРАТНЫХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ. Первое, авангардное поколение — восьмиразрядные ПЭВМ (ПЭВМ-8). В качестве ЦП в этих компьютерах использовались 8-раз-рядные микропроцессоры (МП) с тактовыми частотами от 1 до 8 Мгц — такие, как i8080 (фирмы Intel, наиболее часто используемый), Z80 (Zilog), 6502, 6510 (Mostec), 6809 (Motorola).

ПЭВМ-8 убедили пользователей в рациональности их применения в сферах бизнеса, делопроизводства и т.п., однако попытки использовать их для решения более сложных задач выявили серьезные недостатки этих машин.

Созданные в 1980 — 1981 гг. 16-разрядные ПЭВМ (ПЭВМ-16), в основу которых легли более быстрые 16-разрядные МП фирм Intel, Motorola, Zilog, положили начало следующему этапу развития персональных компьютеров.

В 1981 г. в ПЭВМ IBM PC был применен 16/8-разрядный МП i8088, стихийно ставший на несколько лет промышленным стандартом, — к 1987 г. его использовали около 30% фирм, специализировавшихся на выпуске "персоналок". В дальнейшем в машинах этого класса нашли применение истинно 16-разрядные МП i8086, i80286, разработанные по принципу совместимости снизу вверх.

Несмотря на громадный успех 16-разрядных ПЭВМ, к концу 1985 г. ясно обозначились их недостатки, связанные со стабилизацией архитектуры линии машин IBM PC/XT/AT, в конструкцию которых изначально были заложены ограничения.

В 1985 г. на рынке появились две ПЭВМ но-

ИГАТЕЛЬ ОГРЕССА

заключается в следующем. УУ извлекает из оперативной памяти ЭВМ очередную команду, цифровой код которой указывает, какую операцию и с какими данными требуется выполнить. УУ дешифрует код команды и выполняет операцию, задействуя при этом регистры, АЛУ и внешние память или УВВ, если участие таковых предусматривается кодом команды. Затем УУ подготавливает процессор для выполнения следующей команды и повторяет цикл.

Для организации эффективного вычислительного процесса необходимо и достаточно, ч обы процессор поддерживал пять видов команд:

1) перемещения информации;

2) изменения информации (минимум 4 арифметических действия и 3 логических — "и", "или" и "исключающее или");

3) перехода (изменения последовательности выполнения программы, что необходимо, например, при организации циклов);

4) условия (условием, как правило, является результат арифметической или логической операции, а реакцией на выполнение условия — выполнение операции перехода);

5) поддержки процедур (команды вызова процедуры и возврата из нее), позволяющие создавать более сложные команды на базе простых.

На практике применяются еще несколько специфических команд, например, команды разрешения и запрещения прерываний и команда останова.

За короткое время, прошедшее с момента появления персональных компьютеров (начало

вого поколения — Macintosh фирмы Apple и Amiga фирмы Commodore, построенные на базе МП MC68000 фирмы Motorola. Обе машины были свободны от многих недостатков, присущих линии IBM PC и рекламировались как 32-разрядные, хотя их можно считать только предвестниками появления действительно 32-разрядных ПЭВМ, т.к. 32-разрядной они имели лишь внутреннюю архитектуру процессора.

Истинными 32-разрядными МП, имеющими 32-разрядную внутреннюю (тракты данных, разрядность регистров) и внешнюю архитектуру, являются только i80386, i80486 и Pentium фирмы Intel (годы появления 1986, 1990 и 1993-й соответственно), а также MC68020, MC68030, MC68040 фирмы Motorola (1984, 1988, 1990).

Фактически в подклассе ПЭВМ-32 преимущество у архитектуры Intel, а в подклассе 32-разрядных рабочих станций и АРМ — у архитектуры МП Motorola; масштабы применения других микропроцессоров не столь значительны.

Существует ДВА ПОДХОДА К ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИ-

Современница Ч. Бэббиджа Ада Лавлейс — предтеча славного ордена программистов. Описанные ею команды, в частности, процедура цикла, применяются до сих пор.

ЗАЦИИ СИСТЕМЫ КОМАНД процессора -архитектуры RISC и CISC (Reduced и Complexed Instruction Set Computing — вычисление с сокращенным и полным набором команд).

Система команд RISC-процессора состоит из небольшого числа относительно простых инструкций, ориен ированных на интенсивное использование ре истров, что существенно упрощает и убыстряет процесс вычислений, хотя длина программного кода типичного алгоритма, компилируемого для RISC-процессоров, на 25 — 45% больше кода аналогичного алгоритма для CISC-процессора. Фактически в RISC-архитектуре часть бремени вычислений перенесена с "железа" процессора на программное обеспечение.

В CISC-процессоре команд больше, а сами они сложнее. Большинство из них непосредственно перед выполнением разбивается на более простые внутрипроцессорные микрокоды, что дает меньше возможностей для реализации функций обработки данных в сравнении с RISC-архитектурой.

Джон фон Нейман, автор поистине революционной идеи — хранить команды ЭВМ в ее собственной памяти.

В целом процессоры с RISC-архитектурой обладают большими потенциальными возможностями, чем CISC, хотя их реализация в первую

очередь зависит от качества применяемого программного обеспечения, особенно трансляторов с языков высокого уровня. Необходимо использовать языковые компиляторы оптимизирующего типа, в противном случае программные средства окажутся не в состоянии реализовать потенциально высокое быстродействие RISC-процессоров.

Самыми известными RISC-архитектурами являются POWER, SPARC, MIPS, а также МП Intel 80860 и Motorola 88000; существуют и другие разновидности МП с RISC-архитектурой (PA, Clipper, Transputer и др.). Наиболее заметно превосходство RISC-процессоров при выполнении операций с плавающей точкой (запятой, по-нашему). Так, например, при создании CISC-МП Pentium компания Intel приложила громадные усилия, чтобы повысить скорость выполнения этих операций, в результате чего новый процессор выполняет их в 4 — 5 раз быстрее своего предшественника i486, однако более чем в 1,4 раза уступает по аналогичному показателю младшему из семейства RISC-МП PowerPC — процессору PowerPC 601.

Достоинства RISC-архитектуры очевидны. Но она несовместима с наработанным программным обеспечением PC, эмуляция же CISC-процессоров их более скорыми собратьями сводит на нет преимущество последних в быстродействии. Таков фактор, сдерживающий использование RISC-процессоров в столь привычных нам "персоналках". Пока здесь главенствуют Intel и совместимые с ним, но более дешевые AMD и Zyrix.

На сегодняшний день роль ЭВМ как минимум двояка. Их вычислительные мощности позволяют ученым и инженерам решать задачи, прежде немыслимые. С другой стороны, разработка все более производительных чипов, соревнование гигантов микроэлектроники подстегивает фундаментальные исследования в области математики, физики твердого тела, оптики, химии, требует все более тонких и точных технологий.

Научно-технический прогресс вызвал к жизни счетную машину, и теперь уже она продвигает вперед тяжкий воз техногенной цивилизации. ■

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 11 ' 9 5