11. Сучасні принципи мікропроцесорів кс типу окод

СистемикласуОКПД (ОКОД) SISD – Single Instruction Single Data

Системицьогокласу–звичайні одно процесорніЕОМ.Складаються з запам’ятовуючого пристрою(пам. даних і пам. команд), процессора(пристрійкерування і АЛП).

Приклади ОКОД:

1.CISC – ComplexInstructionSetComputer – Комп’ютер з певним набором команд. Intel всі свої процесори робить на основі CISC.

2.RISC – ReducedInstructionSetComputer – Комп’ютер із скороченим набором команд. Має 64 розрядні адреси команд.

3.VLIW-Itanium

4.EPIC-паралельна обробка команд з явним паралелізмом

VLIW EPIC – наддовге слово, виконуютьдекілька команд за один такт

В основі процесора Itanium полягає архітектура ItaniumArchitecture 64, але назва її інша EPIC – ExplicitlyParallelInstructionComputing- паралельна обробка команд з явним паралелізмом, VLIW– VeryLongInstructionWord – (комп’ютер з наддовгим машинним словом). Особливості концепції Itanium є те, що компілятор пакує декілька простих команд у довге слово яке відповідає набору функціональних пристроїв процесора. При цьому розпаралелення коду здійснюється на етапі компіляції. Наприклад Itanium має 128 регістрів загального призначення. Архітектура х86 має 8 регістрів.

NaT-придатністьінфи, що записана в регістрі. Якщо дані призначені невірно(в результаті невірного гілкування), то змінюється тільки NaT- це дає істотний виграш в часі, бо не вимагає стирання даних в регістрі.

Предикативність - контролюєумовивиконанняінструкцій та гілкування.

Гілкування – вказуєадресигілокпроги.

EPIC (архітектура з явнимпаралелізмом) надає, у порівнянні з RISCпроцесором, більшширокевикористанняпаралельнихобчислень. Підтерміномпаралельніобчисленнямаємо на увазі не об’єднання 2-ох абобільшепроцесорів для розв’язанняодноїзадачі, а спроможністьпроцесора типу Itaniumвиконатидекілька команд за одним тактом .

Втехнології EPIC застосовуютьсядві методики:

• Передбаченнягілкування [predication]

Базується на аналізікомпіляторомпрограми, щовиконується. Компіляторприймаєрішення, які з гілокпотрібнопрораховувати, а якіні.

• Припущення [speculationloading]

Iнструкція і данізавантажуються в процесор до того, як вони можуть бути придатними, а у деякихвипадках, навіть, якщо вони не будутьпотрібнініколи. Такепопереднєзавантаженняробитьсяпід час простоюваннясистеми. Якщодані, щозавантажуються, -цеті, якінеобхідні для подальшоїроботи, потрібен час для завантаження.

11. Одночасне виконання кількох задач

Паралельна обробка, втілюючи ідею одночасного виконання кількох дій, має кілька різновидів: суперскалярність, конвеєризація, SIMD - розширення, HyperThreading, багатоядерність. Якщо якийсь пристрій виконує одну операцію за одиницю часу, то тисячу операцій він виконає за тисячу одиниць. Якщо припустити, що є, п'ять таких же незалежних пристроїв, здатних працювати одночасно, то ту ж тисячу операцій система з п'яти пристроїв може виконати вже не за тисячу, а за двісті одиниць часу. Аналогічно система з N пристроїв ту ж роботу виконає за 1000 / N одиниць часу. Конвеєрна обробка. Ідея конвеєрної обробки полягає у виділенні окремих етапів виконання загальної операції, причому кожен етап, виконавши свою роботу, передавав би результат наступному, одночасно приймаючи нову порцію вхідних даних. Отримуємо очевидний виграш у швидкості обробки за рахунок суміщення попередньо рознесених в часі операцій. Суперскалярність. Сенссуперскалярноїобробки-наявністьвапаратурізасобів, щодозволяютьодночасновиконуватидвіібільшескалярнихоперацій, тобто командобробкипаричисел. Суть цьогометоду досить проста: мається на увазідублюванняпристроївпроцесора. Такнаприклад, Pentiumмає дваконвеєравиконаннякоманд. Прицьомуіснуютьрізніспособиреалізаціїсуперскалярноїобробки. Перший спосібнайчастіше застосовуєтьсявRISC-процесорахіполягаєвчистоапаратномумеханізмівибіркиз буфераінструкцій(або кешакоманд) незв'язанихкомандіпаралельномузапуску їх на виконання. Зазвичайпроцесорвиконуєдвінезв'язанікомандиодночасно, якнаприклад, впроцесорахDECсеріїAlpha. Цей метод хороший тим, щовін"прозорий" дляпрограміста- складанняпрограмдляподібнихпроцесорівне вимагаєніякихспеціальнихзусиль, відповідальність запаралельневиконанняопераційпокладаєтьсявосновномунаапаратнізасоби.

HyperThreading. Перспективний напрямок розвитку сучасних мікропроцесорів, заснований на «багатонитковій» архітектурі. Основна перешкода на шляху підвищення продуктивності за рахунок збільшення функціональних пристроїв - це організація ефективного завантаження роботою цих пристроїв. Якщо сьогоднішні програмні коди не в змозі завантажити роботою всі функціональні пристрої, то можна дозволити процесору виконувати більш ніж одну задачу (tread), щоб додаткові потоки завантажили - таки весь ФП (дуже схоже на багатозадачність). Багатоядерність. Уникнути конфліктнихситуацій, що виникаютьпривикористаннітехнологіїHyper-Threading, можнавтому випадку, якщоізолювативмежах одногопроцесоравиконання різнихпотоків інструкцій. Фактичнодляцьогопотрібновикористовуватине одне, адва і більшеядерпроцесора. Тодівідеальному варіантікоженпотік інструкційутилізуєвідведене йомуядропроцесора(і виконавчіблоки), щодозволяє уникнутиконфліктних ситуаційізбільшити продуктивність процесораза рахунокпаралельного виконанняпотоків інструкцій.