John L. Hennessy

Rechnerorganisation und Rechnerentwurf: Die Hardware/Software-Schnittstelle

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Leistung und Kosten

Warum entwerfen Ingenieure verschiedene Rechner? Warum werden sie angewendet? Wie unterscheiden die Kaufer zwischen den Rechnern? Gibt es eine rationale Basis fur ihre Entscheidungen? Wenn ja, konnen Ingenieure sie fur den Entwurf besserer Rechner nutzen? Das sind einige der Fragen, denen sich dieses Kapitel widmet.

Befehlssatzentwurf: Alternativen und Prinzipien

In diesem und dem nachfolgenden Kapitel wollen wir uns auf die Befehlssatz-Architektur konzentrieren. Das ist der fur den Programmierer oder Compilerentwickler sichtbare Teil der Maschine. In diesem Kapitel wird eine Vielzahl von Entwurfsalternativen eingefuhrt, die vom Architekten des Befehlssatzes angeboten werden. Dieses Kapitel ist insbesondere auf drei Gegenstande konzentriert. Zuerst prasentieren wir eine Taxonomie von Befehlssatzalternativen und bieten einige qualitative Bewertungen der Vorteile und Nachteile von verschiedenen Methoden. Zweitens prasentieren und analysieren wir einige Befehlssatzmessungen, die weitgehend unabhangig von einem spezifischen Befehlssatz sind. Schlieslich wenden wir uns den Ergebnissen von Sprachen und Compilern sowie ihrem Einflus auf Befehlssatz-Architekturen zu. Bevor wir diskutieren, wie Architekturen zu klassifizieren sind, mussen wir etwas uber die Befehlssatzmessung sagen.

Befehlssatzbeispiele und Messung der Befehlssatznutzung

In diesem Kapitel werden wir einige spezifische Architekturen untersuchen und detaillierte Architekturmessungen ausfuhren. Bevor wir jedoch beginnen, wollen wir zunachst erortern, was und warum wir messen konnten, aber auch wie zu messen ist.

Grundlagen des Rechnerentwurfs

Die Computertechnik hat im letzten halben Jahrhundert einen unglaublichen Fortschritt erzielt. Heute bekommt man fur ein paar Tausend Dollar einen Pc, der uber mehr Leistung, Hauptspeicher und Plattenkapazitat verfugt, als ein Rechner, den man 1965 noch fur eine Million kaufte. Diese rasante Entwicklung ist sowohl auf die Realisierungstechnologie fur Rechner als auch auf Innovationen im Bereich des Rechnerentwurfs zuruckzufuhren. Die Leistungserhohung der Maschinen wird im Bild 1.1 gezeigt. Wahrend technologische Verbesserungen ziemlich stetig sind, ist der Fortschritt durch bessere Architekturen weniger bestandig. In den ersten 25 Jahren der Entwicklung elektronischer Rechner lieferten beide Seiten einen grosen Beitrag; jedoch in den letzten 20 Jahren waren die Rechnerentwerfer stark von der Technologie integrierter Schaltungen abhangig. Das Leistungswachstum der Rechner in dieser Periode reichte von 18% bis 35% pro Jahr je nach Computerklasse.

Die Grundlagen der Prozessorimplementierung

Architekten gestalten ein Gebaude, aber das Zimmerhandwerk bestimmt die Qualitat seiner Konstruktion. Das Zimmerhandwerk der Rechentechnik ist die Implementierung, die zwei von drei Leistungskomponenten festlegt: CPI (clock cycles per instruction) und die Taktzykluszeit.