RISC-Workstation-Architekturen: Prozessoren, Systeme und Produkte

ISBN-13: 9783540540502 / Niemiecki / Miękka / 1991 / 556 str.

Christian Müller-Schloer;Ernst Schmitter

Spis treści

1 Überblick Workstation-Architekturen.- 1.1 Der Trend zur Workstation.- 1.1.1 Dezentralisierung.- 1.1.2 Definition und Abgrenzung.- 1.1.3 Fünf Erfolgsfaktoren für Workstations.- 1.1.4 Das Client-Server-Modell.- 1.2 Einsatz von Workstations.- 1.3 Leistung und Kosten.- 1.3.1 Das Gesetz von Joy.- 1.3.2 Kostenoptimierung oder Leistungsoptimierung?.- 1.3.3 RISC- oder CISC-Workstation?.- 1.4 Markt.- 1.5 Trends.- 1.6 Komponenten einer (RISC-) Workstation — ein Überblick über die weiteren Kapitel des Buches.- Literatur.- 2 RISC-Grundlagen.- 2.1 Complex Instruction Set Computer — ein Rückblick.- 2.1.1 Der Ausgangspunkt.- 2.1.2 Argumente für große Befehlssätze.- 2.1.3 Design-Prinzipien der 70er Jahre.- 2.2 Vom CISC zum RISC.- 2.2.1 Änderung der Randbedingungen.- 2.2.2 Die RISC-Ursprünge: Neue Design-Prinzipien.- 2.2.3 Befehlssatzvergleich.- 2.3 Die RISC-Philosophie.- 2.3.1 Entwurfsphilosophie.- 2.3.2 Performance als Optimierungsziel.- 2.4 Performance-Berechnung.- 2.4.1 Ideale Performance.- 2.4.2 Reale Performance.- 2.4.3 Beispiele zur Anwendung der Performance-Formel.- 2.4.4 Performance-Einflußfaktoren.- 2.5 RISC-Architektur-Merkmale.- 2.5.1 Ein-Zyklus-Operationen.- 2.5.2 LOAD-STORE-Architektur.- 2.5.3 Lokalhaltung von Daten.- 2.5.4 Befehls-Pipelining und optimierende Compiler.- 2.5.5 Speicherarchitektur.- 2.6 Prozessor-Taxonomie.- 2.6.1 Die Zyklen-MHz-Landkarte.- 2.6.2 Trends.- 2.7 Leistungsreserven.- 2.7.1 Superpipeline-Architektur.- 2.7.2 Superskalare Architektur.- Literatur.- 3 Pipelining.- 3.1 Das Pipeline-Prinzip.- 3.2 Prozessorarchitektur und Befehls-Pipeline.- 3.2.1 Hardware-Belegungsschema.- 3.2.2 Beispiel-Pipeline.- 3.3 Strukturelle Konflikte.- 3.4 Datenkonflikte.- 3.4.1 Lösung durch Software.- 3.4.2 Scoreboarding.- 3.4.3 Forwarding.- 3.4.4 Abwägung Scoreboard gegen Forwarding.- 3.4.5 Ladebefehle.- 3.5 Steuerkonflikte.- 3.5.1 Sprünge.- 3.5.2 Unterbrechungen.- 3.6 Erweiterungen des Pipeline-Konzeptes.- 3.6.1 Superpipelining.- 3.6.2 Superskalar-Architekturen.- 3.7 Kompatibilität.- Literatur.- 4 Speicherarchitektur.- 4.1 Speicherhierarchie und RISC-Prozessoren.- 4.2 Cache-Speicher.- 4.2.1 Funktionsweise und Aufbau eines Cache.- 4.2.2 Cache-Parameter.- 4.2.3 Cache-Kohärenz.- 4.2.4 Optimierung von Rechnersystemen mit Cache-Speichern.- 4.2.5 On-chip Caches.- 4.2.6 Cache-Architekturen bei RISC-Prozessoren.- 4.3 Hauptspeicher.- 4.3.1 DRAM-Bausteine.- 4.3.2 Beschleunigung von Blockzugriffen.- 4.3.3 Aufbau eines DRAM-Moduls.- 4.4 Virtueller Speicher.- 4.4.1 Adreßraum.- 4.4.2 Adreßabbildung.- 4.4.3 Adreßübersetzung.- 4.4.4 Hardware-Unterstützung für die Speicherverwaltung.- 4.4.5 Zugriff auf gemeinsame Programm- bzw. Datenbereiche.- 4.4.6 Virtuelle Speicherverwaltung am Beispiel des MIPS R3000.- 4.5 Zusammenfassung.- Literatur.- 5 RISC — Compiler.- 5.1 Übersicht.- 5.2 Betriebssystemaspekte.- 5.3 Abbildung von Programmiersprachen auf Prozessoren.- 5.4 Compiler für RISC.- 5.4.1 Einführung.- 5.4.2 RISC aus Compilersicht.- 5.4.3 Optimierungen.- 5.4.4 Registerbelegung.- 5.4.5 Pipeline-Aspekte.- 5.4.6 Compiler für superlineare Architekturen.- 5.5 Ausblick.- Literatur.- 6 Aktuelle RISC-Prozessoren.- 6.1 Kriterien zur Beurteilung.- 6.1.1 Software.- 6.1.2 Performance-Messung.- 6.1.3 Koprozessorkonzept.- 6.1.4 Multiprozessoranwendungen.- 6.1.5 Register.- 6.1.6 Wortformat.- 6.2 Acorn ARM (VTI VL86C010).- 6.3 AMD 29000.- 6.3.1 Architekturübersicht.- 6.3.2 AAU Am29027.- 6.3.3 MMU.- 6.3.4 Multiprozessoren.- 6.3.5 Software.- 6.4 Clipper.- 6.5 Intel 80860.- 6.5.1 Architekturüberblick.- 6.5.2 FPU auf dem Chip.- 6.5.3 3D-Graphik.- 6.5.4 MMU.- 6.5.5 Multiprozessoren.- 6.5.6 Software.- 6.6 Hewlett-Packard Precision-Architecture.- 6.7 Motorola 88000.- 6.7.1 Architekturübersicht.- 6.7.2 FPU auf dem 88100.- 6.7.3 MC 88200.- 6.7.4 Fehlertoleranz.- 6.7.5 Multiprozessoren.- 6.7.6 Software.- 6.8 MIPS R3000.- 6.8.1 Architekturübersicht.- 6.8.2 MMU auf dem Chip.- 6.8.3 FPA R3010.- 6.8.4 Multiprozessoren.- 6.8.5 Software.- 6.8.6 Support.- 6.9 PRISM.- 6.9.1 Architekturüberblick.- 6.9.2 MMU.- 6.9.3 Graphik.- 6.9.4 Software.- 6.10 RISC System/6000 (IBM POWER).- 6.10.1 Architekturüberblick.- 6.10.2 ICU.- 6.10.3 FXU.- 6.10.3 FPU.- 6.10.4 DCU.- 6.10.5 SCU und Speichermodule.- 6.10.6 I/O-Unit.- 6.10.7 Hardware-Aufwand und Performance.- 6.11 SPARC.- 6.11.1 Architekturübersicht.- 6.11.2 FPU.- 6.11.3 MMU.- 6.11.4 Multiprozessoren.- 6.11.5 Software.- 6.11.6 Support.- Literatur.- 7 Busse.- 7.1 Charakteristika von Bussen.- 7.1.1 Topologie von Kommunikationspfaden.- 7.1.2 Busstrukturen.- 7.1.3 Bushierarchie.- 7.1.4 Busprotokolle.- 7.2 Busmechanik.- 7.3 Busphysik.- 7.3.1 Elektrische Kenngrößen.- 7.3.2 Aspekte der elektrischen Realisierung.- 7.4 Basisfunktionen eines Busses.- 7.4.1 Arbitrierung.- 7.4.2 Transferoperationen.- 7.4.3 Interrupts.- 7.4.4 Spezielle Protokolle.- 7.4.5 Sonstige Signale und Leitungen.- 7.4.6 Fehlerbehandlung.- 7.4.7 Serieller Zusatzbus.- 7.5 Beispiel: Der Multibus I.- 7.6 Trends bei Bussystemen.- 7.6.1 Höhere Ubertragungsrate.- 7.6.2 Datensicherheit.- 7.6.3 Modularität und Flexibilität.- 7.6.4 Standards.- 7.7 Übersicht: Standardbusse.- 7.7.1 AT-Bus.- 7.7.2 EISA.- 7.7.3 FutureBus.- 7.7.4 Micro Channel.- 7.7.5 Multibus I.- 7.7.6 Multibus II.- 7.7.7 NuBus.- 7.7.8 SBus.- 7.7.9 SCSI.- 7.7.10 VMEbus.- Literatur.- 8 Vernetzung.- 8.1 Einführung.- 8.1.1 Entwicklung vernetzter Rechnerumgebungen.- 8.1.2 Workstations und Vernetzung.- 8.1.3 Klassifikation von Netzwerktypen.- 8.2 Netzwerkarchitektur.- 8.2.1 Topologien von Netzen.- 8.2.2 Das ISO/OSI-Referenzmodell.- 8.2.3 Zugriffssteuerung.- 8.3 Netzwerke.- 8.3.1 Lokale Netzwerke.- 8.3.3 Weitverkehrsnetzwerke.- 8.4 Ausblick.- Literatur.- 9 Graphik.- 9.1 Einführung.- 9.1.1 Historische Entwicklung.- 9.1.2 Anwendungen und ihre Anforderungen.- 9.2 Von einer abstrakten Datenmenge zum Bild.- 9.2.1 Erfassung und Darstellung von Objekten.- 9.2.2 Koordinatensysteme und Koodinatentransformationen.- 9.2.3 Entfernung verdeckter Kanten und Flächen.- 9.2.4 Rendering.- 9.2.5 Bilddarstellung.- 9.2.6 Graphische Standards.- 9.2.7 Anforderungen an die Gesamtarchitektur.- 9.3 Systeme und Klassifizierung.- 9.3.1 Marktentwicklung bei Graphikprozessoren.- 9.3.2 Low End-Graphik.- 9.3.3 Middle Range-Graphik.- 9.3.4 High End-Graphik.- 9.4 Ausblick.- Literatur.- 10 Massenspeicher.- 10.1 Massenspeicher und Speicherhierarchie.- 10.2 Floppy Disk.- 10.2.1 Funktionsprinzipien.- 10.2.2 Datenaufzeichnung.- 10.3 Magnetische Festplatten.- 10.4 Optische Platten.- 10.5 Magnetbänder.- 10.5.1 1/4“ - Kassetten.- 10.5.2 Digitale Aufzeichnung.- 10.6 Spezielle Lösungen.- 10.6.1 Disk Cache.- 10.6.2 Solid State Disks und Wafer Stack.- 10.7 Neue Massenspeicher.- Literatur.- 11 UNIX als Workstation-Standard.- 11.1 Was ist UNIX?.- 11.2 Entwicklungsgeschichte von UNIX.- 11.3 Standardisierungsbemühungen.- 11.3.1 Standardisierungsgremien und Realisierung der Standards.- 11.3.2 Standardisierung von Applikationssoftware.- 11.4 Sicherheitsaspekte des UNIX-Systems.- 11.4.1 Sicherheitslücken im UNIX-System.- 11.4.2 Kriterien zur Sicherheit von Rechensystemen.- Literatur.- 12 UNIX aus Benutzersicht.- 12.1 Die Shell.- 12.1.1 Kommandoeingabe.- 12.1.2 Interpretation und Ausführung von Kommandos.- 12.1.3 Einsatz in modernen Systemen.- 12.2 Das X Window System.- 12.2.1 Geschichte und Motivation.- 12.2.2 Aufbau des Systems.- 12.2.3 Eine X-Applikation — der Window Manager.- Literatur.- 13 UNIX aus Systemsicht.- 13.1 Die Architektur von UNIX.- 13.1.1 Die Struktur des Systemkerns.- 13.1.2 Das Prozeß-Subsystem von UNIX.- 13.1.3 Das File-Subsystem.- 13.1.4 Das Network Filesystem.- 13.2 Verteilte UNIX-Betriebssystemarchitekturen.- 13.2.1 Netzwerk-Betriebssysteme.- 13.2.2 Verteilte Betriebssysteme.- Literatur.- 14 Ein typisches RISC-System.- 14.1 Die Workstation als System.- 14.2 Der Prozessor der BWS’ 91.- 14.2.1 Der Modellprozessor BWSP.- 14.2.2 Architekturalternativen für den BWSP.- 14.2.3 Standards.- 14.3 Schnelle Speichermedien.- 14.3.1 Caches.- 14.3.2 Hauptspeicher.- 14.4 Massenspeicher.- 14.4.1 Massenspeicher an der BWS’ 91.- 14.4.2 Handelsübliche Massenspeicher.- 14.5 Graphik.- 14.6 Langsame Peripherie.- 14.6.1 Serielle Schnittstellen.- 14.6.2 Standard-Busse.- 14.7 Vernetzung und Server.- 14.8 Conclusio.- 15 RISC-Workstations: Produkte.- 15.1 Data General: AViiON — die RISC/UNIX-Rechner.- 15.1.1 Die AViiON RISC/UNIX-Rechnerarchitektur.- 15.1.2 DG/UX das vollsymmetrische UNIX- Mehrprozessorbetriebssystem.- 15.1.3 Zusammenfassung.- 15.1.5 Literatur.- 15.2 Digital Equipment: RISC-Workstations und Server.- 15.2.1 Warum RISC, warum MIPS?.- 15.2.3 RISC-Systeme von Digital Equipment.- 15.2.4 Ausblick.- 15.2.5 Literatur.- 15.3 Hewlett-Packard: Die Arbeitsplatzrechner der Serie 700.- 15.3.1 Rückblick.- 15.3.2 RISC-Strategie.- 15.3.3 Precision Architecture-RISC.- 15.3.4 HP-Workstation-Serie 700.- 15.3.5 Software.- 15.3.6 Compiler.- 15.3.7 Leistungsdaten.- 15.3.8 Zukünftige Entwicklung.- 15.4 IBM: POWERstation und POWERserver.- 15.4.1 Überblick.- 15.4.2 Graphik.- 15.4.3 POWER-Architektur.- 15.4.4 AIX Version 3 für IBM RISC System/6000.- 15.4.5 Schlußbemerkungen.- 15.5.6 Literatur.- 15.5 Siemens Nixdorf: WS30-1000.- 15.5.1 RISC oder CISC?.- 15.5.2 Workstation WS30-1000 von SNI mit RISC-Architektur.- 15.5.3 Workstation WS30-1000: Ganzheitlicher Ansatz.- 15.5.4 Ausblick.- 15.5.4 Literatur.- 15.6 SPARC — RISC-Technolgie und Produkte.- 15.6.1 Sun Microsystem’s Strategie.- 15.6.2 Die Sun-Produktfamilie.- Anschriften der Autoren.