32. Устранение конфликтов конвейера процессора .

Конфликты - это такие ситуации в конвейерной обработке, которые препятствуют выполнению очередной команды в предназначенном для нее такте.

Конфликты делятся на три группы:

структурные,

по управлению,

по данным.

Причины структурных конфликтов.

Не полностью конвейерная структура процессора, при которой некоторые ступени отдельных команд выполняются более одного такта. При этом в работе конвейера возникают так называемые "пузыри" которые снижают производительность процессора.

2 способа устранения:

Первый предполагает увеличение времени такта до такой величины, которая позволила бы все этапы любой команды выполнять за один такт.

Второй способ предполагает использование таких аппаратных решений, которые позволили бы значительно снизить затраты времени на выполнение данного этапа. Но это приведет к усложнению схемы процессора и невозможности реализации на этой БИС других, функционально более важных, узлов.

Недостаточное дублирование некоторых ресурсов.

Борьба с конфликтами такого рода проводится путем увеличения количества однотипных функциональных устройств, которые могут одновременно выполнять одни и те же или схожие функции.

Конфликты по управлению возникают при конвейеризации команд переходов и других команд, изменяющих значение счетчика команд.

Наиболее эффективным методом снижения потерь от конфликтов по управлению служит предсказание переходов. Суть данного метода заключается в том, что при выполнении команды условного перехода специальный блок микропроцессора определяет наиболее вероятное направление перехода, не дожидаясь формирования признаков, на основании анализа которых этот переход реализуется. Процессор начинает выбирать из памяти и выполнять команды по предсказанной ветви программы.

Конфликты по данным возникают в случаях, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды.

несколько типов конфликтов по данным.

• Конфликты типа RAW. Уменьшение влияния конфликта обеспечивается методом обхода данных. В этом случае результаты, полученные на выходах исполнительных устройств, помимо входов приемника результата передаются также на входы всех исполнительных устройств микропроцессора. Если устройство управления обнаруживает, что данный результат требуется одной из последующих команд в качестве операнда, то он сразу же, параллельно с записью в приемник результата, передается на вход исполнительного устройства для использования следующей командой.

• Конфликты типа WAR и WAW

Устранение конфликтов по данным типов WAR и WAW достигается путем отказа от неупорядоченного исполнения команд, но чаще всего путем введения буфера восстановления последовательности команд.

33. Обобщенная структура микропроцессора.

Процессор - это функциональный блок вычислительного устройства, предназначенный для реализации обработки цифровых данных и управления ходом этой обработки. Указанные действия выполняются процессором по командам, которые он автоматически считывает из памяти вычислителя.

В обобщенном виде функционирование процессора может быть представлено как циклическое чередование двух этапов –выборки (чтения) команд из памяти и их дешифрации, и выполнения команд.

Выборка (чтение) команд является автоматическим процессом, происходящим под воздействием импульсов от генератора тактовых импульсов, который жестко определяется аппаратной структурой процессора.

Дешифрация команды представляет собой процесс формирования последовательности управляющих сигналов для всех узлов процессора и других блоков вычислителя

Действия, выполняемые в соответствии с командой, могут представлять собой арифметическую или логическую обработку данных, пересылку данных, формирование адреса следующей команды или изменение режимов работы процессора

В структуре любого процессора можно выделить основные элементы, определяющие специфику процессора как управляющего центра вычислителя. Прежде всего, речь идет о двух блоках: устройстве управления и операционном устройстве.

Устройство управления (УУ) предназначено для реализации выборки команд, их дешифрации, и на основе этого – для управления обменом и обработкой информации путем генерации последовательности управляющих сигналов.

Операционное устройство (ОУ) служит для обработки цифровой информации

Основным элементом для хранения информации внутри процессора являются регистры.

Регистр команд РгК (англ. IR - insructionregister) используется для фиксации кода команды после считывания ее из памяти.

Регистры операндов служат для хранения данных в процессе их обработки, позволяют избегать постоянных обращений к памяти. По сути, они образуют внутреннюю память процессора. В некоторых типах процессоров один из регистров операндов всегда является и приемником результата операции в АЛУ – такой регистр принято называть регистром-аккумулятором Процессоры, в которых принята схема выполнения операций в виде:

<аккумулятор> (операция) <операнд> Þ <аккумулятор>,

называются процессорами с аккумуляторно-ориентированной структурой.

Функционирование процессора всегда синхронизируется от внешнего генератора тактовых импульсов (ГТИ). Именно под влиянием импульсов от ГТИ устройство управления процессора автоматически реализует действия, связанные с выборкой команд из памяти и их дешифрацией.

Выполнение команды всегда занимает некоторое количество периодов тактовой частоты и состоит из последовательности элементарных действий процессора (выборка команды, чтение операнда, вычисление в АЛУ). Эти элементарные действия называют машинными циклами (МЦ).