Arquitectura De Computadoras

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES Un enfoque cuantitativo

John L. Hennessy Universidad de Stanf ord

David A. Patterson Universidad de California en Berkeley

Traducción JUAN MANUEL SANCHEZ Universidad Complutense de Madrid

Revisión técnica ANTONIO GONZALEZ MATE0 VALER0 Universidad Politécnica de Cataluña

ANTONIO VAQUERO Universidad Complutense de Madrid

MADRID BUENOS AIRES m CARACAS GUATEMALA LISBOA MEXICO NUEVA YORK PANAMA SAN JUAN SANTAFE DE BOGOTA SANTIAGO SAO PAULO AUCKLAND HAMBURGO LONDRES MlLAN MONTREAL NUEVA DELHl PAR6 SAN FRANCISCO SIDNEY SINGAPUR ST. LOUlS TOKIO TORONTO

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES. UN ENFOQUE CUANTITATIVO

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DERECHOS RESERVADOS O 1993 respecto a la primera edición en español por McGRAW-HILLPNTERAMERICANA DE ESPANA, S. A. U.

Edificio Valrealty, la. planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid)

Traducido de la primera edición en inglés de COMPUTER ARCHITECTURE. A QUANTITATIVE APPROACH

Copyright O MLMXC, por Morgan Kaufmann Publishers, Inc.

ISBN: 1-55860-069-8

ISBN: 84-7615-912-9 Depósito legal: M. 4 1.104-2002

Editor: Mariano J. Norte Cubierta: F. Piñuela. Grafismo electrónico Compuesto en: FER Fotocomposición, S. A. Impreso en: LAVEL, Industria Gráfica, S. A. PRINTED IN SPAIN - IMPRESO EN ESPANA

A Andrea, Linda y nuestros cuatro hijos

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ESAl370, System/360, Systeml370, 701, 704, 709, 801, 3033, 3080. 3080 series, 3080 VF, 3081, 3090, 30901100, 3090/200, 30901400, 30901600, 30901600S. 3090 VF. 3330. 3380. 3380D. 3380 Disk Model AK4, 33803. 3390, 3880-23, 3990,7030,7090,7094, IBM FORTRAN, ISAM, MVS, IBM PC, IBM PC-AT, PL.8, RT-PC, SAGE, Stretch, IBM SVS, Vector Facility y VM son marcas registradas de International Business Machines Corporation. FutureBus es una marca registrada de Institute of Electrical and Electro- nic Engineen. Lamborghini y Countach son marcas registradas de Nuova Automobili Femcio Lamborghini, SPA. Lotus 1-2-3 es una marca registrada de Lotus Development Corporation. MB8909 es una marca registrada de LSI Logic. NuBus es una marca registrada de Massachusetts Institute of Techno- ~WY. Miata y Mazda son marcas registradas de Mazda. MASM, Microsoft Macro Assembler, MS DOS, MS DOS 3.1 y OS12 son marcas registradas de Microsoft Corporation. MIPS, MIPS 120, MIPS/I2OA, M/500. M/1000, RC6230, RC6280, R2000, R2000A, R2010, R3000 y R3010 son marcas registradas de MIPS Computer Systems. Delta Senes 8608, System VI88 R32V1, VME bus, 6809, 68000, 68010, 68020,68030,68882,88000,88000 1.8.4m14, 88100 y 88200 son mar- cas registradas de Motorola Corporation. Multiflow es una marca registrada de Multiflow Corporation. National 32032 y 32x32 son marcas registradas de National Semicon- ductor Corporation. Ncube es una marca registrada de Ncube Corporation. SX/2, SX/3 y FORTRAN 77/SX V.040 son marcas registradas de NEC Information Systems. NYU Ultracomputer es una marca registrada de New York University. VAST-2 v.2.21 es una marca registrada de Pacific Sierra. Wren IV, Imprimis, Sabre 97209 e IPI-2 son marcas registradas de Sea- gate Corporation. Sequent, Balance 800, Balance 21000 y Symmetry son marcas registra- das de Sequent Computers. Silicon Graphics 4Dl60, 4D1240 y Silicon Graphics 4D Series son mar- cas registradas de Silicon Graphics. Stellar GS 1000, Stardent- 1500 y Ardent Titan-I son marcas registradas de Stardent. Sun 2, Sun 3, Sun 3/75, Sun 31260, Sun 31280, Sun 4, Sun 411 10, Sun 41260, Sun 41280, SunOS 4.0.3c, Sun 1.2 FORTRAN compiler, SPARC y SPARCstation I son marcas registradas de Sun Microsystems. Synapse N+ es una marca registrada de Synapse. Tandem y Cyclone son marcas registradas de Tandem Computers. TI 8847 y TI ASC son marcas registradas de Texas Instmments Corpo- ration. Connection Machine y CM-2 son marcas registradas de Tbinking Ma- chines. Burroughs 6500, B5000, B5500, D-machine, UNIVAC, UNIVAC 1 y UNIVAC 1103 son marcas registradas de UNISYS. Spice y 4.2 BSD UNIX son marcas registradas de Univenity of Califor- nia, Berkeley. Illiac, Illiac IV y Cedar son marcas registradas de University of Illinois. Ada es una marca registrada de U.S. Government (Ada Joint Program Office). Weitek 3364, Weitek 1 167, WTL 3 110 y WTL 3170 son marcas registra- das de Weitek Computen. Alto, Ethemet, PARC, Palo Alto Research Center, Smalltalk y Xerox son marcas registradas de Xerox Corporation. 2-80 es una marca registrada de Zilog.

Prefacio

por C. Gordon Be11

Estoy encantado y satisfecho de escribir el prefacio de este libro decisivo. Los autores han ido más allá de las contribuciones de Thomas al Cálculo y de Samuelson a la Economía. Han proporcionado el texto y referencia de- finitivos para el diseño y arquitectura de computadores. Para avanzar en com- putación, recomiendo encarecidamente a los editores que retiren los monto- nes de libros sobre este tópico de manera que, rápidamente, pueda emerger una nueva raza de arquitecto/ingeniero. Este libro no eliminará los micropro- cesadores complejos y llenos de errores de las compañías de semicomputado- res, pero acelerará la educación de ingenieros que podrán diseñarlos mejor. El libro presenta las herramientas críticas para analizar los computadores uniprocesadores. Muestra al ingeniero en ejercicio cómo cambia la tecnología a lo largo del tiempo y ofrece las constantes empíricas que se necesitan para el diseño. Motiva al diseñador sobre la función, que es una orientación más agradable que la habitual lista exhaustiva de los mecanismos que un diseña- dor novel ~uede intentar incluir en un único diseño. Los autores establecen un punto de partida para realizar análisis y com- paraciones utilizando la máquina más importante de cada clase: computado- res grandes (IBM 360), mini (DEC VAX), y micro PC (Intel 80x86). Con esta base, muestran la línea futura de procesadores paralelos segmentados más simples. Estas nuevas tecnologías se muestran como variantes de su procesa- dor (DLX) útil pedagógicamente, pero altamente realizable. Los autores ha- cen énfasis en la independencia de la tecnología al medir el trabajo realizado por ciclo de reloj (paralelismo), y el tiempo para hacer el trabajo (eficiencia y latencia). Estos métodos también mejorarán la calidad de la investigación so- bre nuevas arquitecturas y paralelismo. Por ello, el libro es necesario que lo conozca cualquiera que trabaje en ar- quitectura o hardware, incluyendo arquitectos, ingenieros de sistemas de computadores y de circuitos integrados, e ingenieros

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