Арифметический и командный конвейер
Классификация конвейеров
По типу обрабатываемой информации:
1.Конвейер команд – когда обрабатывается несколько команд при их неконвейерной арифметике
2.Конвейер данных – когда в арифметическом конвейере присутствуют несколько пар операндов и каждая ступень конвейера выполняет над соответствующей парой операндов свои группы процедур.
По функциональному назначению:
1.Однофункциональные
2.Многофункциональные
По внутренней организации:
1.Синхронные , более простые
2.Асинхронные., когда невозможно выровнять времена работы ступеней.
Совмещение отдельных фаз связывается с использованием в процессоре конвейера команд. Самый большой эффект достигается при смещении каждой следующей фазы на одну.
Длительность каждой фазы в конвейере команд должна быть одинаковой. Это необходимо для синхронизации операций. Длительность фазы равна длительности выполнения типовой операции в АЛУ. ВК, ВО, ЗР – три фазы, которые используют память, следовательно, чтобы сделать их равными по длительности работы АЛУ, необходимо наличие кэш-памяти, тогда ВК, ВО, ЗР = TАЛУ. Если нет необходимой информации в кэш-памяти, то необходимо обращение к памяти, следовательно, нарушается диаграмма, значит необходимо расширение диаграммы для синхронизации.
Часть времени тратится на непроизводительные (накладные) расходы, которые связаны с синхронизацией.
8.Диаграмма выполнения команды в машине фон Неймана. «Узкие места» при выполнении команды в последовательной вс. Методы устранения «узких» мест.
Диаграммы выполнения команды в машине Фон Неймана.
Выполнение команды состоит из следующих фаз:
Г
А
ВК ДШ ФАО ВО АЛУ ЗР
ВК – выборка команды ДШ – дешифрация кода команды ФАО – формирование адреса операнда ВО – выборка операнда АЛУ – выполнение операнда в АЛУ ЗР – запись результата ГА – генерация адреса
Диаграмма для случая, когда время обращения к ОП соизмеримо с временем выполнения типовой операции в АЛУ. Это достигается некоторыми приемами, например кэш-памятью. Фазы связанны с обращением в ОП. С уменьшением такта производительность возрастает
Основные особенности машины Фон Неймана, являющиеся ее недостатками:
Линейно-адресуемая память, т.е. все команды программы располагаются последовательно друг за другом в памяти. Альтернатива – списковая память или др.
Команды и данные находящиеся в памяти неразличимы: по коду нельзя определить – команда это или данные.
Единственный тракт передачи информации между ОП и устройствами обработки данных. Скорость передачи информации определяется пропускной способностью шины. Если увеличить количество обрабатывающих устройств (мультипроцессорные системы), то устройства будут конфликтовать за доступ к шине, следовательно уменьшится производительность. Наличие единого тракта – самое “узкое место” при организации вычислений.
Программный принцип управления при котором команды последовательно выполняются друг за другом. Приводит к понижению производительности системы в целом.
Основной показатель качества, по которому происходит усовершенствование архитектуры: отношение производительности системы к стоимости.
При этом ставятся две задачи:
Как решить текущую задачу за наименьший промежуток времени.
Как за заданный промежуток времени решить наибольшее число задач.
Способы повышения эффективности функционирования ОП.
Способы уменьшения времени доступа. 1. Введение кэш-памяти (“Cash - карман”). 2. Расслоение ОП.. 3. Использование адекватного задаче алгоритма распределения памяти.
Увеличение скорости работы АЛУ. Использование сопроцессоров (числовых, логических и др.). Использование перспективных архитектур АЛУ.(RISK – архитектура: компьютер с сокращенным набором команд. Reduces Instruction Set Computer). Наиболее действенные методы – способы совмещения во времени выполнения отдельных операций. Один из наиболее удачных из известных способов – конвейеризация (магистральная обработка информации, pipe line онлайновая обработка информации).
Повышение произ-ти проц-ра за счет совмещения отдельных фаз обработчика команды. Совмещение отдельных фаз связывается с использованием в процессоре конвейера команд.