Cтраница 4
Уровень архитектуры команд связывает компиляторы и аппаратное обеспечение. Это язык, который понятен и компиляторам, и аппаратному обеспечению. На рис. 5.1 показана взаимосвязь компиляторов, уровня архитектуры команд и аппаратного обеспечения. [46]
Книга, вышедшая уже в четвертом издании, посвящена структурной организации компьютера. В ее основе лежит идея о том, что компьютер можно рассматривать как иерархию уровней, каждый из которых выполняет какую-либо определенную функцию. В рамках этого нетрадиционного подхода подробно описываются цифровой логический уровень, уровень архитектуры команд, уровень операционной системы и уровень языка ассемблера. [47]
Все это вовсе не значит, что разработка уровня команд не имеет никакого значения. Хорошо разработанный уровень архитектуры команд имеет огромные преимущества перед плохим, особенно в отношении вычислительных возможностей и стоимости. Мы просто хотим сказать, что рынок несколько затрудняет ( хотя и не делает невозможным) устранение старой архитектуры команд и введение новой. Тем не менее иногда появляются новые уровни команд универсального назначения, а на специализированных рынках ( например, на рынке встроенных систем или на рынке мультимедийных процессоров) они возникают гораздо чаще. Следовательно, важно понимать принципы разработки этого уровня. [48]
Дело в том, что регистры MAR и PC будут использоваться для обращения к двум разным частям памяти, а зачем это нужно, станет ясно чуть позже. А пока достаточно сказать, что регистры MAR и MDR используются для чтения и записи слов данных на уровне архитектуры команд, а регистры PC и MBR - для считывания программы уровня архитектуры команд, которая состоит из потока байтов. [49]
Во-вторых, хорошая архитектура команд должна обеспечивать ясную цель для оттранслированной программы. Регулярность и полнота вариантов - важные черты, которые не всегда свойственны архитектуре команд. Эти качества важны для компилятора, которому трудно сделать лучший выбор из нескольких возможных, особенно когда некоторые очевидные на первый взгляд варианты не разрешены архитектурой команд. Если говорить кратко, поскольку уровень команд является промежуточным звеном между аппаратным и программным обеспечением, он должен быть удобен и для разработчиков аппаратного обеспечения, и для составителей программного обеспечения. [50]
Дело в том, что регистры MAR и PC будут использоваться для обращения к двум разным частям памяти, а зачем это нужно, станет ясно чуть позже. А пока достаточно сказать, что регистры MAR и MDR используются для чтения и записи слов данных на уровне архитектуры команд, а регистры PC и MBR - для считывания программы уровня архитектуры команд, которая состоит из потока байтов. [51]
Здесь реализован полный набор команд JVM ( 226 команд), а также 115 дополнительных команд, предназначенных для С, C и операционной системы. Мы сосредоточимся главным образом на командах JVM, поскольку компилятор Java производит только эти команды. Архитектура команд JVM не содержит регистров, доступных пользователю, а также не имеет некоторых других особенностей, обычных для большинства центральных процессоров. В процессоре picoJava II есть 64 встроенных регистра для вершины стека, но пользователи их не видят. Большинство команд JVM помещают слова в стек, оперируют словами, находящимися в стеке, и выталкивают слова из стека. Большинство команд JVM выполняются непосредственно аппаратным обеспечением picoJava II, но некоторые из них микропрограммиру-ются, а некоторые даже передаются программе обработки для выполнения. [52]
Всем компьютерам нужны данные. Для многих компьютерных систем основной задачей является обработка финансовых, промышленных, научных, технических и других данных. Внутри компьютера данные должны быть представлены в какой-либо особой форме. На уровне архитектуры команд используются различные типы данных. [53]
Существует два основных фактора. Во-первых, хорошая архитектура должна определять набор команд, которые можно эффективно реализовать в современной и будущей технике, что приводит к рентабельным разработкам на несколько поколений. При плохо разработанной архитектуре команд может потребоваться большее количество вентилей для процессора и больший объем памяти для выполнения программ. Кроме того, машина может работать медленнее, поскольку такая архитектура команд ухудшает возможности перекрывания операций, поэтому для достижения более высокой производительности здесь потребуется более сложный проект. Разработка, в которой используются особенности конкретной техники, может повлечь за собой производство целого поколения компьютеров, и эти компьютеры сможет опередить только более продвинутая архитектура команд. [54]