Швидкодія еом

Швидкодію ЕОМ характеризує швидкість обробки інформації комп’ю­тером (кількість операцій в секунду (V), час виконання ( V / 1 = τ )). Але для різних операцій ці показники різні, отже, реальна характеристика – номінальна швидкодія (V_н) – кількість коротких операцій на одиницю часу (зазвичай беруть операцію «+», а операнди зберігаються у внутрішніх регістрах процесора (R-R)). Іноді також використовують в якості характеристики швидкодії цикл звернення до основної пам’яті, а також ефективну швидкодію (V_еф) V_еф = 1 / ∑р_і_і, де р_і – ймовірність виконання і-тої операції.

Обчислювальна потужність сучасних мікропроцесорів пояснюється в першу чергу тим, що їх розробники невтомно працюють над підвищенням швидкодії чіпів. Еволюція цих компонентів вписується в закон Мура. До тих пір, поки цей закон буде дотримуватися, розробники компонентів будуть кожні три роки переходити до випуску продукції наступного покоління з кількістю транзисторів в чотири рази більшою, аніж у попереднього. В області елементної бази пристроїв пам’яті ємність динамічних мікросхем (DRAM – dynamic random access memory) збільшується в чотири рази кожні три роки. Але додати до складу комп’ютера мікропроцесор, що володіє потенційно високою швидкодією, – це лише половина справи. Потрібно ще й забезпечити його роботою в формі безперервного потоку машинних команд.

Все, що буде перешкоджати цьому потоку, не дозволить у повній мірі використовувати можливості нового мікропроцесора. Серед методів, які використовуються в наш час для рішення цієї задачі, головними є такі.

• Прогнозування розгалуження (branch prediction). Процесор пере­глядає параметри фрагменту програми, що виконується та прогнозує як піде обчислювальний процес після чергової команди умовного переходу (команди розгалуження). Процесор може заздалегідь підготуватися до виконання цього фрагменту, а саме витягнути відповідні команди з оперативної пам’яті та записати їх у власний буфер. В результаті, якщо в більшості випадках прогноз виправдовується, процесор не простоює, очікуючи на формування умови, на основі якої повинен бути здійснений перехід, а займається корисною справою.

Існує і складніший варіант цієї стратегії, який передбачає попередній перегляд не лише найближчої команди умовного переходу, але і наступної у вибраній гілці. Таким чином, метод прогнозування розгалуження дозволяє якщо не запобігти, то хоча б зменшити простої вузлів процесора.

• Аналіз потоку даних (data flow analysis). Процесор аналізує, виконан­ня яких команд в поточному фрагменті програми залежить від результатів попередньої команди, та формує оптимізований план виконання. Цей план забезпечує скорочення непотрібних простоїв в очікуванні формування проміжних результатів.

• Переважне виконання (speculative execution). Цей метод являє собою подальший розвиток методів прогнозування розгалуження та аналізу потоку даних. Процесор не лише витягує команди прогнозованої гілки програми, але й організовує їх виконання, зберігаючи результати в окремому масиві комірок пам’яті. Якщо врешті решт виявиться що обрана гілка не відповідає сформованим умовам переходу, результат переважного виконання анулюється, але якщо в середньому прогноз виправдовується. Простої процесора скорочую­ться.

Ці та інші методи сприяють підвищенню завантаження процесора та ско­ро­ченню відносного часу його простою, наближаючи його продуктивність до тієї потенційної межі, яка визначається динамічними характеристиками мікросхем.