90
ADVANCED MICR0PR0CESS0RS AND
HI6H-LEVEL LANGUAGE COMPUTER ARCHITECTURE
Vtis o knjigi ai najhitraja ustvariao « pregla-
dom kazala knjige, ki podaja poleg naalovov
vssh tJlankov tudi strukturo knjiga in razdali-
tev vsebine v posaaazne dale in poglavja.
Knjiga z naslovoa ADVANCED MICROPROCESSORS
AND HIGH-LEVEL LANGUAGE COMPUTER ARCHITECTURE
je zbirka najpomanbnejBih fllankov, porofiil in
ekspartiz, ki jih Ja zbral in uredil avtor
Vsljko Milutinovit za potrsbe poufiBvanja pred-
•eta z enakia naslovon na Purdue UnivBrbity v
ZDA.
Knjiga je uCbenik za Btudente ter hkrati tudi
dober pripomoček nattrtovalcem novih raBunalni«
kih sisteaov in vodjem razvoja, ki potrebujejo
znanjs o sadobnih trendih v raCJunalniBkih arhi-
tektuc-ih. Knjiga sestoji iz 39 (Slankav, kl so
razdaljenl v 7 dalov in 14 poglavij ter ina
•kupno skaraj 600 strani.
Knjiga govori o arhitekturah, ki tsmeljijo na
visokoprogramskih jeziklh, to je o HLL (High
Level Languaga) rafiuna1nl«kih arhltakturah.
Avtor deli HLL raeunalnl*ka arhitekturo na dve
asnovni skupinii
- arhitekture z indirektnin izvajanjen ter
- arhitakture z direktnin izvajanjea.
Pri arhitekturah z indirektnia lzvajanjea JB za
izvajanje prograaa potrebno izvorni kod prave—
sti v izvajalni kod. Pri arhitakturah z direk-
tnla izvajanjani pa rafiunalnik lahko diraktno
izvaja izvorni kod.
Nadalje dali MilutinoviC arhitekture z indirok-
tnia izvajanjen v dva podrazdradai
- rsducirana arhijbekturs in
- koapleksna arhitektura.
Koaplaksna arhltaktura se nadaljs dslijo v
- jazikovno vodans arhitaktura in
- jazikovno odvisne arhitekture.
Jezikovno vodena arhitekture lahko definirano
kot arhitakturB, kjer sa proKijo konstrukcije
strojnega jezika na ralatlvno visokaa nivoju
toda na na nivoju HLL (lntaksa. Pri Jaiikovno
odvlmnih arhitakturah pa Imamo dlraktna anollO
no odvisnost «sd HLL komtrukcijo in konatruk-
cijo strojnega Jeiik«.
Na koncu »o razdaljena Jezikovno odvisna arhi-
tekture tta vi
- arhitakture s prograaskiai prevajalniki ter
- arhitekture s etrojnimi prevajalniki.
Slik« 1 ka«» razdelitav HLL arhitekbur.
HLL ArcMtKtura
\
lndinct Eitcutioa
AicmltKtm
\
Dlnct Eiacutlon
Aichltectiira
Jiluctun Coaplu Archluclura
/ \
Lugug« Dlnctad
Arekltactm
S
Dnulttt« 1» 8aftmn
Languagi Comtpondlng
ArchltKiun
\
Itaulitlan In Haidmra
Slika li Razdelitsv HLL arhitektur.
Tabla of Contant«
PrefacB iii
Acknowledgeaantm v
Part I — Introduotian
Chapter liEa»ential Issues 2
Direotions and ISSUBS in ArchitBcture and Lang-
uages 3
H.J.Flynn<Computer,0ctobar 1980,pagai 5-22)
Compilers and Computar ArohitBcture 20
H.A.Uulf(Computer,July 19Sl,pagas 41-47)
Requisites toc Inprovsd Architaoturss 27
6.J.Hyers(Advanoes in Canputer Arohitactura,
19B2,pagBS 58-100)
Retrospective on High-Level Language CaaputBr
Architecture 63
D.R.Ditzsl and 0.A.PattarsonCProcBedings at
the 7th Intarnatianal Conferenca on Coaputar
ArohitBCturB,Hay 1980,pages 97-104)
Chapter 2ilmpaots of tha VLSI Technology 71
VLSI ProcBssor Arohitaoture 73
J.L.Hennessy(IEEE Transaotions on Coaputers,
DaceabBr 19B4,pagas 1221-1246)
An Introduction to VLSI Microproceisor Archita-
cture for GaAc 99
V.Milutinovio,O.Fura,and U.Halbig
Chaptar 3iA Survay of Advanced Mioropracsssors
and High-Level Language Arohitsotura 117
A Survey of Advanced MiaraprooBssors and High-
Level Languaga Cooputer Architacture 118
A.Silbay,V.Milutinovic,and V.Mendoza-Grado
Part II — Reducad Arohitecturas
Chaptar 4iTha RISC Approach 144
A VLSI RISC 14S
D.A.Patterson and C.H.Soquin(Co»putor,Septea-
ber 19S2,pages 8-21)
Architaotura of a VL8I Instruotlon Cache Jar a
RISC 158
0. A.Patterson,P.6arritan,H.Hill,D.Lioupis,
C.Nyberg,T.Sippel,and K.Van Oyka(Pracaadings
al thB lOth Conierenoa on Conputar Architectu-
re June 19B3,pages 108-116)
Strategiss (or Kanaging the Ragister Fila in
RISC 167
V.Tanir and C.H.Soquin<1EEE Transactions on
Co»puters,NoveabBr 1983,paga« 977-9B9)
Architaotura ai SOARiSnalltalk on a RISC 1B0
D.Ungar,R.Blau,P.Folay,D.Sa*plas,and
.D.Pattersan(ProGBadings of tha llth Intarnati-
onal ConferBnca on Computer Architacture,June
19S4,pagss 188-197)
Chaptar 5iTha MIPS Approaoh 191
Hardware/Sottware Tradaoffs for Xncrea*ad
Perf ornanoB. ....192
J.Hannessy,N.Jouppl,F.Baskett,T.Gross,and
J.Gill(Procaadings of tha ACM By«po»iu» on
Arohitaotural Support tar Prograaning Langua-
ges and Oparating Syeta»»,March 19S2,pagas
2-11)

91
Organization and VLSl Iapleaentation of MIPS...
; 202
S.A.Przybylski,T.R.Gross,J.L.HenneB&ey,N.P.
Jouppi,and C. Rowen (Stanford University Tschni-
cal Report No.84-259,Apri1 1984).
Floating-Paint Arithnetic on a Reduced-Instruc-
tion-Set Processor 241
T.6ross<Proceedings of the 7th Symposiuin on
Computar Arithnetic , June 19S"5,pagas 66-92)
Postpass Code Optimization of Pipeline Constra-
ints 248
J.L.Hennessey and T.R.Gross(ACH Transactions
on Progratoming Languages and Systems, July 1983
pages 422-448)
Chapter 6iMisoellaneous Reduced-lnstruction-Set
Processors 275
The 801 Hinicamputer 276
G.RadinCIBM Journal of Research and Develop-
aent,May 1983,pages 273-246)
Ridge 32 Architecture - A RI5C Variation....286
E.Basart and D.Folger(Proceedings af ICCD'83,
Octaber 1983,pages 315-318)
Reduced-In&truction-Set Hulti-Microcoaputer
Systen 290
L.Foti,D.EnglishlR.P.Hopkin6,[).J.Kinni.mentl
P. C.Treleaven,and W.L.Mang(Proeeadings of the
NCC,July 19B4,pages 69-75)
Applying RI5C Theory to a Large Computer....297
R.Ragan-Kelley and R.Clark(Conputer Design,
Noveaber 1983)
Part XII — Language-Directed Architsctuces
Chapter 7tStack Hachines 304
Stack Camputers:An Intraductian• • 305
D.H.BulmanCComputer,ttay 1977,pages 18-28)
Exploring a Stack Architecture 315
R.P.BlakeCCoaputer,May 1977,pages 30-39)
Twenty Vears of Burroughs High-Laval
Language Machines 325
E. D.Earnest(Proceedings of the International
Uorkshop on High-Level Language Computer
Architecture,June 1980,pages 64-71)
laplicatians of Structured Progranning for
Machine Architecture..........a....«>......*333
A . S . TanenbaumC Coaimunicationa of the ACH,March
1978,pages 237-246)
Chapter BiAdvanced Complex-lnstructian-Set
Microprocessors 343
An Architectural Comparison of 32-Bit
Microprocessors 344
A.6upta and H.D.ToongCIEEE Micro,February 1983
pages 9-22)
Introduction to the iAPX 432 Architecture 358
Intel Corparationdntel Corporation Hanual
Order Nunber 171821-001,1981)
A 32-Bit VLSI CPU Chip 422
J.U.Beyers,L.J.Dohse,J.P.Fuceto1a,R.L.Kochis,
C.6.Lob,G.L.Taylor,and E.R.ZellerCIEEE Journal
of Salid-State Circuita,October 1981,pages 210
-214)
The Motorola HC68020 429
D.MacGregor,D.MothersolB,and B.Moyer(IEEE
MICRO.August 1984,pages 101-118)
Systen Considerations in the NS32032 Design.447
R.nateosianCPraceedings of the NCC,July 1984,
pages 77-81)
An Inside Look at the Z80,Q00 CPUiZilog'5 Naw
32-Bit Microprocessor 451
A.Patel(Proceedings oi the NCC,July 1984,pages
83-91)
Part IV — HLL ArohitBoturss — Type A
Chapter 9iSone Early Experinents 460
Iaplenentation of a High-Leval Language
Machine 461
A.Hassitt,J.W.Lagesohults,and L.E.Lyon(ConBu-
nications a( tho ACM.April 1973,pages 199-212}
Dasign of an Aerospace Canputsr for Direct HOL
Execution 475
U.C.NielsenCPraceedings of the Sympasiu« an
High-Level Language Coaputer Architecturs,
June 1973,pages 34-42)
Chapter 10:Some Current Research 485
Schene-79 —Lisp on a Chip .....486
G.J.Sussman,J.Holloway,6.L.Steel,Jr.,and
A.Bell(Coaputer,July 1981,pages 10-21)
The Scheae-81 Architeoture—5ysten and Chip by
the Designers. 497
J.Batali,E.Gaodhus,C.Hanson,H.Shrobs,R.M.StaU
aan,and G.J.Suasman(Proceedings of the 1982
MIT Conferenos on Advanced Rasaarch in VLSl,
January 1981,pages 69-77)
Part V — HLL Arohiteoturea—Type B
Chapter lliTvra Intsrasting Expsrinents 508
Rsflectione on ths High-Lavsl Languags Syabol
Computer Systsa 509
D.R.Ditzal(Coaputer,July 1981,pages 55-66)
High-Level Language Oriented Hardware
and the Post-von Neumann Era 521
H.J.Burkla,A.Frlok,and C.SchlierCProoeedings
of the 5th Annual Šyapoaiua on Conputer Archi-
tecture,June 197B,pages 60-65)
Chaptar 12iThs OEL Approach 527
Ideal Direatly Exeauted LanguagestAn Analytical
Arguaent for Eaulation 528
L.U.HoevelCIEEE Transaotions on Coaputers,
August 1974,pagos 7S9-767)
Enecution ArohitaotureiThe DELtran Experiaent..
537
M.J.Flynn and L.U.Hoevel(IEEE Transactions on
Conputers,February 1983,pages 156-174)
Part VI — Olreot Exeoution Architecturas
Chapter 13iThe University of Maryland Appraach.
558
Interactive High-Leval Language Direct-Executi-
on Hicroprocessor Sysbaa 559
V.Chu and E.R.CannondEEE Transactions on
Software Engineering,June 1976,pages 126-134)
Prograaaing Languages and Diract-Execution
Conputer Arohitacture.' 568
Y.Chu and M.Abrams(Computer,Ju1y 1981,pages
22-32)
Part VII — International efforts
Chapter 14<International Efforts.. .580
A Survey of High-Level Language Machines
in Japan 581
M.VamaaotoCCoaputer,July 1981,pages 68-77)
Setected European Contributions in the Area of
High-Level Language Camputer Architecture.. .590
A.Silbey and V.Milutinavio
V prvam poglavju knjige BQ 4 uvodni Clanki
svetovno poznanih avtorjsv CFlynn, WulJ, Myars,

92
Ditzel), ki obravnavaja adnos tned programskiia
jezikoa in arhitekturo rafiuna1nika. Hkrati
predstavljaja izbrani Clanki pregled padroCja
tsr omogoCaJo hralcu, da n« podlagi bibllogra-
iije raztiiri svoje znanje v poeameznih speoial-
nostih.
Drugo poglavje vsebuja 2 Clanka o vlogi VL5I
tehnalogije na raeunalnittke arhitskturo. Prvi
Olanek (Hcnnsss/) obravnava VLSI tehnologijo,
ki tsnelji na klasitini Bilicijevi tehnologiji,
drugi (Hanak <Mi lutinovit) pa obravnava novo in
hitr-o prodirajotto tahnologijo vezij na osnovi
galijevega arzenida GaAs. Pristop pri naOrto-
vanju raeunalniSka arhitaktura v mnogoflera zavi-
si ad izbrans tehnalogijo. Tako oilicijsvs kofc
tudi GaAs tehnologija imata vsaka svojs znaCll-
nosti, ki postavljajo specifiCno zahtovo prl
naCrtovanju optimalna ratilnal niSUe arhltakturo.
Poglavje ohrivnava rsducirans arhitakture in
sicar RISC raBunalnik iz Berkeiley, HIPS iz
Stanforda ln ostale.
klicanje procedure Casovno najbolj zamudna ope-
racija. V sploSnsm itnajo lahko RISC programi
fie vetf klicev procodur kot obitfajni raflunalniki
saj so koapleksni ukazi, ki jih najdano v CISC
arhitekturah realizirani kot padprograai v RISC
arhitekturi. Zato morajo biti klici procedur
pri RISC raflunalnikih kar •• da hitri. To je
realizirano z rsgistarsklai okni. Vsflokenska
ragisteraka datotoka ja adan ad tistih pristo-
pav, Iti biatevno priponora k zmanjtanju potruo
po koaunikaciji z drugiai vazji. Idaja J* 7
tom, da v vazj« vgradimo daloOano Itavilo dolno
prekrivajotiih se reglstarmklh okan, pri Oemar
JB ob vsakan trenutku doatopno pravajalr.iku sli
progranerju v zbirnas jeziku aano pcaaaazno
okno. Oatala okna viebujajo spraaanljivka za
•atalo procese. Edan od problamov pri t«a
pristopu je kako ravnati, fle prlde prl ragi-
otorski datotekl do praseitka (ovarflow). Av-
torja filanka ugotavljata, da j« optlaalno <tta-
vllo rsgistrov, Iti ahranjujajo praaaZak anako
Prvi eianek drugaga poglavja, katerega avtor je
Hennessy, primerja dva o&navna pri&topa v arhi-
tekturi, to je arhitekturo, ki zajeaa konpls-
ksen nabor ukazov in arhitekturo z reduciranim
naboroa ukazov, kjer je obakrat procesor reali-
ziran v VLSl tehnologiji na o&novi Bilicija.
Clanek analizira ufiinkovitoat iivajanja prsva-
denega koda visokopragraDekega jezika.
Drugi Clanek je napisal MilutinoviO in predata-
vlja GaAs kot raoino osnovo za implemsntacijo
VUSI pracesorjev. Pri tem pa natn nova tehnolo-
gija narakuje novo arhitakturo vezij in reSi-
tva, ki »o bila razvite za ailicijavo okolj« na
sploino niso uporabna pri vazjih, ki tameljijo
na 6aAs. Kalfe, da je pri vezjih, ki temeljijo
na 6aAs uCinkovita samo arhitektura z reducira-
nia nabaron ukazav.
Poglavja 3, A in 5 so pasvefiena komplsksnini
arhitekturaa, to ja jazikovno odvisnin in Jazi-
kavno vodenia arhitekturan. V tratjen poglavju
Je narejen pregled razllCnih pristopov pri
zasnovi in implementaciji novih Dikroproceaor-
jav in HLL arhitektur ter analiza parforaana
razlittnih sistanov.
Catrta poglavje Jo poaveSeno RI5C (Reducod
Instruction Set Computer) arhitektura«. Ukvar-
ja se z izboroa reduciranega nabora ukazav in
nekateriai specifittnimi inplamentacijani, kl
teaeljijo na reduciranea naboru ukazov. Pose-
bej je v prvem Clanku (Petterson) obdelan
projekt Univer«ity o( Californla at Berkaley
UCB-RISC, ki omogoCa hitrajae izvajanja progra-
ma napisanega v visokoprogramskea jeziku. Bi-
stvo refitve problema ja v metodi kako zaanova-
ti arhitekturo, da bo Oim bliKje ti«tim kon-
stcukcijaa strojnaga jezika, ki se pri visoko-
progcaaskih jezikih najpogostaje uporabljajo.
Hkrati naj bo arhitaktura ratiunalnika zasnovana
taka, da bo znanJKana potreba po konunikaoiji z
ostaliai vezji . Taka ima RISC I arhitektura
le 31 ukazov od katarih veeina opravlja le
praprosta ALU in poniene Cshift) oparaoija na
ragistrih.
Drugi eianak v ten poglavju (Pettaraon) obrav-
nav* iapleaentacijo VLSI vezja za oaahe ukaze
z« UCB-RISC raCunalnik. To VLSI vezje je
naobCutljivo na napaka (fault talarant), vaebu-
je poseben programski itnvao, izvaja koapriai-
ranja kode in onogofia razKirljivoat. Konfini
oilj »kupine v Berkeleyu ja zdru^iti ukazni
oach« poanilnik tar podatkovni oacha poanilnik
« centralno procesno anoto v ano vezja (ohip).
Naaladnji eianek v (iatrtaa poglavju (Tamio) aa
ukvarja z razliOniai »tratagljani in aatodaai,
ki BQ povezane z vodenjeia vaCokanakih ragiatar-
»kih datotek v raCunalniklh kot ja na primer
UCB-RISC. Pri viBokoprogra»skih jezikih je
Zadnji filanak v tJatrtem poglavju (Ungar) opiau-
js zaenovo in irapleaentaaijo nikropraaesorja,
ki je naraenjen za jezik Bmalltalk. Ta prooeaor
tenslji na reduciranea naboru ukazov, a %a
bistveno razlikuje od UCB-RISC procasorjav. To
naa potrjuja doanevo, da •• vsaka raduoirana
arhitektura navezuje na doloflano aplikaoijo
zata razlifino apllkativno okolja vodi do razlifl
nih konkretnih rasitav RISC pracasorja.
Peto poglavje vsebuje Mtiri Clanka in Ja po»va-
Csno MIP8 priatopu. MIP8 ja okrajKava za
Microprooeesor without Inteclooked Pipaline
Btoraga. Ta konoept «o razvili na Stanford
University. MIPS pristop je priaeren za vazja,
ki temeljijo na tahnologiji silioija, kot tudi
za vezja ki tetnBljijo na tehnologiji SaAs. Ce
pcimerjano MIPS arhitakturo z arhitakturo UCB-
-RISC vidino, da Je za MIP8 arhitakturo znaOll-
na nizka kompleksnast VLSI vazij, zahtava pa
komplektnajVi nattin prograairanja in pravaja-
nja. Eno osnovnih pradnosti MIPS arhitakture
je dejstVD, da je oevna sinhronizaoij« izvedana
s prograBskia pristopoa in ne vafi v aatarialni
ratSunalniHki oprani. To ja ugodno pradvsaa
zaradl laije inplaasntaoija VLSI vazij in tudi
hitroeti pracesorja. Sevad* pa aora pravajal-
nik sedaj generirati kod, ki j» braz cavnih
konfliktov. 6enarator koda zadoati taa zahta-
vaa tako, da vatavi ukaze NO-OP poviod taa,
kjer Ja to potrebno. Optiaizator koda poskuVa
nato zamenjati Oin vaO ukazov NO-OP » kodo od
kjarkoli drugje pod pogojaa, da na ta nafiln na
vpliva na odvisnoat podatkov. Tu vidiao potre-
bo po konplakanajti tahnologiji pravajalnikov.
Insliuction I
Fetclt DacnM Optrand
Dacotft
Stonot
Eucuti
Opirand
Filch
Initmctlon I + 1
Fttch Oacodi Stoner
ElKUU
(b) HLL SUttmmt
(i) PlptllM SlnKtura
Lud B. R1
LoadC.R2
UdR1,R2
SlmR2,A
(c) Output ol tht
Codt Gtotfitof
Loid B, R1
LMdC, R2
N04P
AlURt,R2
Stsn R2, *
(d) Outputoltfct
Cod« Ragliur
Slika 2.i Prireer aaitavanja z MIPS arhitekturo,
ki kaKa iihod ganeratorja koda in raorganiza-
torja koda.

93
Naalednji Blanek <Prrybylski) je tehnifino poro-
Cilo Stanford University, ki opiauje VLSI im-
plorasntacijo MIPS. Ta Clanak obravnava podrofl
ja kot 50 nabor ukazov, cevna organizacija,
ukrepanja pri izjemah, podpora za virtualni
pomnilnik, podpora aperacijskega sistema in
visokoprogramskega jezika itd. Clanek vsebuje
tudi podatka o merjenju performans siatema.
Naslednji ttlanek (Gross) se osredototta na pra-
blsme, ki so povezani s programsko implementa-
oijo acitoetike s plavajoCo vejioo za MIPS
mikroprocssorje. Pri izbiri reduciranega nabo-
raukazov s« pojavlja vpra*anje, kako Je tak
reduciran nabor primsran za aritmstika plavajo-
Ca vajica ln z« aritmatiko n« aploh. Nabor
ukazov za MIPS arhitekturo vsebuje ukaz, ki
ustraza mnoKenju po Booth algoritmu, kar js
dalc relativno dobre perforaanae.
Zadnji Olanek , v petsm poglavju CHennesBey)
analizira Btavilns einitalje, ki ao povezani z
aptiaizacijo koda v MIPS okolju. Clanek defi-
nira tip csvnih konfliktov do katsrih lahko
prido v MIPS aikroprocaaorju. Sovori 0 razli-
kah pri optimizaciji koda, ki «0 izvaja po
alokaciji registrov ali aoeaano z alokaoijo.
HIPS optimizator koda uporablja prvi pristop.
Podana je taorija MIPS kodnoga optimizatorja in
podatki o oceni perfornans.
6. poglavje je paavaesno arhitekturam za dl-
raktno Izvajanje. Vaebuje stiri fllanke, ki
obravnavajo najzanimivejtte proae«ocje z reduci-
ranio naboron ukazov. Trije taki prooaaorji
izhajajo iz industrijs, to BOS IBM CIBM 801),
Ridgo (Ridge-32) in Pyramid (Pyramid 90X),
flatrti proonor pa J» bil razvit na Univ»rBity
of Raading v Angliji. AnglaBki procasor je
narejen v VLSI tahnologiji (RIMMS) ostali trije
pa temsljijo na hitri SSI/MSI tahnologiji.
Intanzivne raziskave in razvoj procaBorjav z
reduciranln naboron ukazov toeeja tako v indu-
BtrijBkaa okolju <Fai.rchi.ld, Hamlatt-Paokard,
RCA, TRW, Inmos) kot tudi na univerzah <Cal-
tech, Purdua, ULCA, WisconBin in drugja).
Nakateri tovr»tni projakti BO sg priBali la
sredi sedamdeBetih lat. Tak js na primsr
projakt za ninirafiunalnik IBH 801. Clanek,
katerega avtor je Radin, govori o tom projektu
in podaja nekatare znafiilnoati sanaga procesor-
ja in tudi sistema kot celote. Opiiuje na
priner nabor ukazov, ki je realiziran popolnoma
v mateplalni raCunalniski opretni, hiacarhianoBt
po»nilnik», organizacijo V/I konunikaciJB, ki
omogofia OBntralnsmu procaBorju izvaJanjB ukaza
v skoraj vsaken ciklu in drugo. Projakt je bil
poleg taga usBBrjen k realizaciji Bposobnajilih
prevajalnikov.
«[ 1111
COOf
STOAACI
KOM
•AHREL IHITTEI«
Basart in Folgar v svojem fllanku predstavljata
zasnovo in implenantaoijo •uperBinirafiunalnika
Ridga-32, ki ja varjstno prvi komsrcialno do-
bljiv RI8C rafiunalnlk. Clanak sa ukvarja z
osnovnimi cilji arhitektura, z izboraa nabora
ukazov, z ioplementacijo sistema in oceno per-
formane. Ta rafiunalnik je narajen za hitro
izvajanje zahtavnih grafifinih aplikacij. Slika
3 kafe strukturo Ridga-32 procasorja, ki ja
implementiran s konsrcialno Schottky bipolarno
logiko. ProCBBor ima lotieno dostavna (fetch)
enoto in izvajano enota. Dostavna enota vedno
vsebuje naelednji ukaz, ki se bo izvedel.
Dostavna enota in izvajalna enota tvorita fiti-
riatapanjska oevno arhitekturo, ki omogoCa pra-
krivanje izvajanja ukazov. Ridga-32 vsabuja
tudi zaSasan poronilnik (caoha), kjar sa hranijo
vsi pred kratkia izvedeni ukazi.
Foti B Bodalavoi v Betrtera tllanku ttaBtega
poglavja opisuje projakt RIMMS Bikroradunalnik«
(Reduced-Instruation s*t hultl-HicroproceBBor
System pc-ojact) . RIMMS »stoji iz linsarnaga
polja 255 nikrorafiunalnikov, ,ki komunicirajo
preko skupnega vodila kot kaže elika ^.
8-bli »lob«L addr«n
t 2
proctator
acnory
(8-blt loctl
. . . . 2SS
proctiior
(8-blt iocal
prgc«»ior
(0-bU local
Slika *.i Zgradba RIMMS nikroraflunalnik« z
procasorji.
255
Vsak mikroraCunalnik ina praprost prooaBor in
256 zlogov lokalnega poanilnika.
Ta mikroprooesor ina skrajno reduciran nabor
ukazov in je nanenjan uporabi v nultiBikropro-
oesorBkeB okolju. Zato eo posebno pozarnoBt
posvatili atrojni ratiunalniilki podpori za aed-
prooesorsko komunikaoijo. Vodilo aeataji iz 16
bitnega naslova, 16 bitnega podatka in dodatnih
bitov za dela s poanilnikoB, kar ODogofla izva-
Janje NO-OP poaega po pomnilniku. Sllka 5 ka£e
organizaoijo in kontrolo vodila tsr poanilnika
za RIHMS oikroraflunalnik.
Slika 3.1 Zgradba Ridge-32 procosorja.
Slika S.i Nadzor vodila in pomnilnika za RIMMS
mikroraOunalnik.
Hed najzaniBivajHa lastnoBti taga aikroprooe-
sorja aodijo aetode, ki jih uporabljajo za
podpora pragraaakih konatrukcij kot so FORK,
JOIN, REMOTE LOAD in REMOTE STORE. Razvili ao
Jezik za paralelno prooaairanje iaenovan BASAL,
ki podpira oanavno idajo aikroradunalnika z

94
raducirania naboroa ukazov za
tortko okolja.
nultlnikroproce-
Ragan-Kalley opisuje razvoj superminirafiuna 1 ni-
ka pri Pyranid Technology Corporation, ki priv
tako taaelji n« raduciranan naboru ukazov.
Cilj projakta je sposoben ratiunalnlk, kl podpi-
ra UNIX operacij«ki •istam in vicokoprogranska
jezika kot »o C in Pascal. Rafiunalnik je
naaanjan veeuporabniSkam okalju. Na raivaj
tega projakta ja varjetno vplival projakt RISC
iz Berkalay-ja, kljub tenu pa vsebuja ta pro-
jakt »tavilns nov« zaaisli.
Sedao paglavje se ukvarja s skladovniai Cstack)
rafiunalniki. Sklad omogofia utiinkovito organi-
zacijo praklaplanja konteksta kot tudi arltne-
tiko. S skladovno arhitekturo se posebej u-
kvarjajo Burroughs, Hewlett-Packard, Microdata,
Intel, Xsrox in Zilog. Prvi filanek v tem
poglavju opisuje osnavno idaja tkladavna arhi-
tekture, Ite possbej povezovanje in kontrolo
podprogranov ter evaluacijo izrazov. Podana je
primerjava skladovnih rafiunalnikov in tradicio-
nalnih rafiunalnikov, ki temaljijo na splodnih
registrih.
Blake je avtor filanka, ki je uvad v optimalno
zasnovo ekladovnega rafiunalnika in podaja pri-
stop firne Hewlett-Paokard. filanek analizira
potraba in znafiilnasti progranov piscnih v
visakaprograaskih jezikih in njihov vpliv na
•klad. Posabna pozornost ja posvafiena etrojni
opraBi skladovnih raeunalnikov, naboru ukaiov,
nislovneo prostoru za procese, spremlJanju pro-
cesov itd.
Earnast v • tretjam tllanku sedmega poglavja o-
bravnava vefi skladovnih raBun*1nikov, ki so jih
razvili pri Burroughs v zadnjih 20 letih. Eden
glavnih razlogov, da se nekateri proizvajalci
osredotottajo na skladovna raflunalnike je daj-
stvo, da je relativno lahko pisati prevajalnike
z* skladovne ratiunalnika in, da ja ta koda
ponavadi precaj koopaktna.
Osao poglavje sa ukvarja • •odobntmi nikropro-
cesorji za konplaksen nabor ukazov, ki jih
pogosto inenujano CISC (Conplax-In«truGtion-Sat
Conputar«). Poglavja vsabuja B fllankov, ki
govorija o 32 bitnih procasorjlh, ki ao ntu-
njeni delu z visokoprograaskiai Jaziki. Iaajo
bogat nabor ukazov, od katarih nakatsri zalo
sponinjajo na konstrukte, ki «o znaOllnl za
aodarna visokoprograamka jazika. Raziikava in
razvaj n* taa podroCJu hltro napradujajo tn
novi tar popolnajdi 32 bitni alkroprocasorJi (•
stalna pojavljajo v ZOA, na Japanskaa in v
Evropi. Uveljavljeno ja prapriCanjat da so
CISC rafiunalniki bolj prinarni za podporo
prograaske zanesljivosti kot pa RI8C ratiunalni-
ki. Prav taka imajo mottnejfla sposobnosti obde-
lava aritmetifinih izrazov. Savada pa »o CISC
rafiunalniki v primerjavi z RISC raCunalniki
poCasncjCi pri izvajanju prevedensga programa,
ki je pisan v visokoprogramskem jsziku. Ker so
CISC procesorji konpleksnejSi, zahtevajo daljSi
Cai za razvoj prooasorja. Dajitvo p* ja, da »o
novi CISC proceBorji zelo sposobni, uporabljajo
visoko stopnja cevnega paralelizma in veabujejo
19 na Cipu oacha pomnilnik ter mehaniime ia
dalo s poroni lnikon. Kontina odlofiitev ln tekma
aed RISC in CISC aikropracasorji je Ve pred
naai in ni ja*no kdo bo zmagovalec.
Supta v »vojao fllanku primerj* 4 zgodnja 32
bitne aikroprocesorje. Tehnifino porofiilo (irme
Intel podaja bistvan« znaflllnomti procamorja
iAPX 432. Dobra lastnost procesorja iAPX 432
ja razfirjivost sistana. VaOJo »po«obno»t si-
• taaa dosalano brez ipraainjanja programka
oprane tako, da poveCamo dtevilo procesorjav v
sistemu na najveC 5 GDP (General Data Proces-
sors). Pet takih proceiarjev si dell isto
vadilo in inajo zatD performanse, ki so enake
v&oti trah neodvisnih GDP. RazKiritav 1APX v
multiprocesorski sistaa in parioraansa iAPX 432
nultiprocasorskaga slstaaa kal!« alika 6.
Co
Memory
Mulllbus
Multlbus
Inlertac«
Processoi
Imernal
Packel Bus
(a) An IAPX 432 Mulllproc»ssor Sysiem
EKectlve
Numtier ol 3 -
Procsssors
2
12 3 4 5 6
Actual NumOar ot Processon
(b) Thi Efficlsncv Fimctloa
Slika 6.t iAPX 432 aultlprooasorski mistea in
njagov« perioraanme kot funkoija itavila prooa-
»orjev.
Beyars v »vojen fllanku podaja notranjo organi-
zaoijo procamirja HP-FOCUS. McSregor c soda-
lavoi obravnava bistvana znaOtlnosbi MotoroU-
nega procecorja MC68020. Matao»ian opimuja
glavna znaiiilnoiti proce»orja NS32032 proizva-
jalca National Seaioonduator. Na koncu poglav-
ja pa je Patel podal praglad Zilogovaga proca-
sorja ZSO.OOO. Vai ti fllanki «o zgolj pragla-
dni CUnki.
Devato poglavje podaja nekaj zgodnjih poskusov
na podroCju HLL arhitaktur • programskiai pre-
vajalniki. To so arhitektura z naboroa stroj-
nih ukazov, ki je v anoliflni (adan proti ininu)
zvazi z ukazi znaflilnaga visokoprograackaga
jezika. Prevajanja ja iivrlano prograasko.
Pogosto ta arhitaktura iaanujeno jazikovno
skladne arhitaktura s prograatkia pravajanjaa.
2aninanja za te arhitaktura tm ja zaealo ta
leta 1960, ko sa Ja pojavlla potraba po rjfiu-
nalniku, za katsrega bi bllo latja pisati
slstemikl in uporabniHkl kod. Glavni problaa
tega priitopa pa ja konplakanoct aatarlalne
ratSunalnlVka oprana.
To poglavje vsabuja 2 filanka. Prvi, kataraga
avtor JB Hassit et al., opisuje anigi prvih
tovr&tnih sksperiaentov pri IBM. Razultat tega
ekBparimenta ja bil raflunalnik, ki ja bil
namBnjBn za jezik APL. To je bil pravzaprav
raBunalnik IBM S/360 M/25, ki je bil aikropro-

95
graniran in je generiral APL kod. Osnovni
razlog 11 ta razvoj je bila felja razviti
uttinkovito trhitekturno podporo za jezika kot
so APL ali SNOBOL. Ti jeziki ponavadi potrebu-
jejo interpreter in konvencianalen pristap ima
lahko za poslsdico znatno zaanjSanje hitrosti
izvajanja prograaa.
Nielsen predstavlja v drugea Slanku devetega
poglavja glavna rezultate dtudlje, kater« oilj
ja bil naCrt rafiunalni«ka arhitsktura in pra-
graaekaga jezika za vesoljska aplikacije.
Oba Glanka ii tega poglavja podajata rezultate
eksperimenta. RatSunalnika, ki sta pri tem
na&tala sta danes zastarela, omenjena pa sta v
tej knjigi zato, ker sta s svojini idsjaai in
eksperimentalnini rezultati vplivala na sodabne
tokove pri zasnovi novih rattunalniSkih arhitak-
tur.
Deseto poglavje opisuje nekatere sodobna razi-
skave na MIT. Vsebuja dva ttlanka, ki se
navezujeta na jezikovno skladna arhitektura.
Te so zani.ni.ve tako z gledigtia VLSI naCrtavanja
vezij, kot tudi z gledi«Ca mikropragramiranja.
VeCina ratiunalnikov, ki tamelji na ten pristopu
vsebuje aikroprogram za podporo kanstrukcij
visokaprogramskega jezika. Tcenutno stanje ra-
zvoja VLSI lahko utfinkovito podpira velike ROM
poanilnike za mikraprogram na fiipu. Vemo pa,
da je VLSI tehnologija premalo noCna za podporo
konpleksnih visokoprogramskih jezikov na popol-
ni enolittni korespondenci. Toraj lahko z VLSI
tehnologijo podpiramo bodisi sama izbrano pod-
mnoKico visakoprogramskega jezika ali pa upora-
biao tehnologija, ki ni VLSI in podpiramo
celotni visakoprogramski jezik.
Prvi Clanek, katerega avtor ja Sussman s sode-
lavci, apisuje zasnovo in implenentacijo niikro-
raCunalnika na tnim vezju, ki direktno inter-
pretira Schene-79, to je dialekt jezika Lisp.
Skupina na HIT je razvila lnterpreter v obliki
»ikrokoda, ki so ga realizirali v strojni
rifiunalniKki oprsmi. Pri ten EO uporabili
dodatne in nekonvencionalne hardverske pripomot!
ke ter s ten poveCali uOinkovitoat rafiunalnika.
Drugi eianak desataga poglavja, katarag« svtor
js Batali et al., opisuje vezje Scheme-81, ki
je naslednik vezja Scheme-79. Scehme-81 je
naasnjen za okolja, kjer so rafiunalniki spacia-
lizirani in kjer velike akupine raCunalnikov
sodelujejo pri reSevanju posamezne zahtevna
naloga.
V 11. poglavju je gavora o dveh zaniaivih
eksperinentih. Prvi izhaja iz Sestdeaetih lat
in opisuje Symbol rafiunalnittki sistam, to ja
raCunalnik, ki ina nekonvancionalno arhitakturo
in o kateren je bilo v preteklosti veliko
diskusij. S/nbol je rafiunalnik, ki ima sploSen
programski jezik in time-aharing operacijski
sistea isplemsntiran v materialni rafiunalniSki
opremi. Vzpodbuda za tak eksperinent temelji
na dejstvu, da so sfiasona pastall prevajalnikl
zaplateni in jih je bilo tezka napisati. Po
drugi strani je cena naterialne raCunalniSke
opreae padala, komplaksnoBt nafirtovalnih orodij
za razvoj vezij pa se je boljftala.
Drugi elanek snajstega poglavja (Burkla) pred-
stavlja laboratorijski eksperiment, ki je re-
zultiral v rafiunalnik z imsnom Abacus. Abacus
ja nastal pod vplivom ratiunalnika 5ymbol, iraa
pa vrsto originalnih novih refiitev kot na
primer kontrolo poalov (job control), ueinkovi-
to delo s podatkovnini tipi in drugo.
Ovanajsto poglavje vsebujs dva fllanka, ki o-
bravnavata OEL (Oirectlay Executed Language)
priatop to je arhitakturo za dirakbno izvajanja
jezika. To so, po razdelitvi iz slika 1, HLL
arhitekture s strajnimi prevajalniki. Pri tah
arhitekturah uporablajao za prograoiranj» obi-
Cajan viiokoprograntki jazik. 8 pradprocaaira-
njea izvornega koda se prevsde izvorni prograa
v OEL obliko, kar je optinalni voesnik »ed
poaaneznin visokoprogramskia Jezikon in izva-
jalnim raeunalnikon (SUka 7).
C0MP1.E«
COMPILE
SIMPLE
NTERPRE
H Ll ENVIHONMENTS
FOBTRANV-/ PI. i \.
COMPlLEj ( J
rEB
'UNIVEBSAL \
ARCMITECTUBET"
INTEfi-
PPETCR
\
MOST
PRO&OAMS
1
CLOSE
C0BPE5P0N-
OENCE
!
IRADITION*L »BCMIT£CTu»ES
HLL ENVtRONMENTS
INTERPRCTER
OEOICATEO TO
5PECIFIC OEL
OEL-
INTER-
PBETE«
- HOST
Slika 7i Priaerjava aed DEL arhitekturo in
tradicionalno arhitekturo.
Prvi Clanek v tea poglavju, katerega avtor je
Hoevel, podaja praglsd razliflnih metod, ki se
uporabljajo za genariranja DEL arhitaktur«.
Flynn Je avtor drugaga Olanka ln opisuje DEL-
tran eksperimant, kl aa navazuje na okolje
prograaskaga jezika Fortran II. Izvajalni ra-
Gunalnik pri tan ekmperimantu J« nikroprograai-
bilni raSunalnik EMHY z univarze Stanford.
Clanek podaja primerjavo v parformansah, ko *a
uporablja DELtran ali pa druge konvencionalne
arhitekture kat na priner I8H 370. Prihranek
pri velikasti programa in naslavljanju poanil-
nika js pri uporabi DELtran-a znatea.
Flynn in Hoevel sta s Bvojitn delon nofino
vplivala na razvoj celotnih HLL arhitaktur,
vklJuCno z RISC arhitakturami.
Trinajsto poglavje opisuje v dvah Olankih arhi-
takturo rafiunalnika za diraktno izvajanj«, ki
so jo zasnovali na University of Maryland.
Bistvo prietopa univerze Haryland jo dejstvo,
da arhitektura omogoSa direktno interpratiranje
izvornaga koda prograaov. Na ta nafiin je
BemantiCni prapad med progra»»ki» jazikoa in
arhitekturo popolnoma preaottfien.

96
Prvi eianatt v trinajskem poglavju (Chu> so
ukvarja s sistenskimi vpraganji intsraktivnega
visokoprogranskega Jezika in 2 arhitekturo za
njegovo direktno izvajanje. Clanok obravnava
razliko med »istemom z interaktivnln provaja-
njsB in sictemon z interaktivnim intarpetlra-
Drugi Clanek trinajstsga poglovja (Chu) anali-
zira intarakcijo ned procesorjem in visokopro-
graaskiB jezikoa pri arhitekturh za direktno
izvajanje (Slika B). Procasor za to arhitektu-
ro sestoji iz treh glavnih delav, to je Blovar-
skega dela procesorja, nadzornega dela proce-
sorja in podatkavnega dola procesorja. V filan-
ku je prikazana interakcija tsh treh dalov
procesorja na prinerih, ka uporabljamo visoko-
progranaki jezik.
PROGBAM
MEMORV
OAIA .
MEMOSV
J
LEXICAl
PROCESSOR
CONIROL
PROCESSOR
OAIA 1
PROCESSOR
CONIROL
ASSOCIATlVE
MEMORV
OhTA
ASSOCIATIVE
MEM0RY
Knjiga SB konfla o 14 poglavjem, ki obravnave
preglsdno fllanko o razvoju HLL arhitaktur v
razliflnih razvojnih o»ntrih po svatu. Poglavja
veebuje dva fllanka, ki predstavljata razisko-
valne in razvojno doseiko na podroSJu HLL
rafiunjlnitlkih arhitsktur v Japonski in v Evro-
pi. Vamamoto jo v Clanku, ki daje prep!»d tah
razi&kav na Japonsken, prlkazal struktura PL/I
prooesorja, konfigurao'jo Cobol raCunalnika,
vafl razllflnih Liop r Sunalnikov, NEC-ov »in-
gle-chip Pasoal procosor in druga
Drugi eianak zsdnjaga po^lavja C8ylb«y) daja
pregled raziskav o podroflja raCunalnifkih arhi-
tektur v Evropi. Otaenjeni DO doseKki B podrofi
ja reducirnih arhitsktur z Univarsity o( Kant,
univerze v Bonnu in Gasallschaft fur Mathanatik
und Datenvsrarbeitung. S podatkavno vodanial
arhitakturami se ukvarjejo na Univer»ity of
Manchester, Kathiliske Univer&iteit Lauven in
na univerzi v Dortmundu, Z reduciraniai arhi-
tekturani ea ukvarjajo na University of Rea-
ding. Jozikovno vodenc arhitekturs razvijajo
na Tehniflni univarzi Berlin in n* Univcrzi
Dortound. HLL arhitskture cazvijajo na univer-
zi Paul Sabatiar v Taulouse ter na univsrzah v
Dortmundu, Frankfurtj ter Kaisarslautern. Ar-
hitekture za diroktno izvajanje razvijajo na
SvBdskcm in v Franoiji. Savada Ja oantrov,
kjar raziskujejo in razvijajo HLL raOunalniVke
arhitaktura v Evropl *• mnogo v»a. V t«m
Clanku Js izbrgnih saao nakaj najbolj zaniai-
vih. Na konou j« prlloifan ile cpiiak avropckih
revij in siapozijav s podrotlja HLL raOunalni«
kih arhitaktur.
Slika Si Organizacija ratiunalnika za dirsktno
izvajanja.
Pripravili SaKa PraCarn