12.1 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.
12.2 Редукционная g-машина. Пример выполнения фрагмента программы.
G – машина, использующая стековое вычисление выражений. *(+53)(-52)
Аргументами функции "*" являются два операнда (О1, О2).
12.3
Супер-ЭВМ фирмы Cray Research.
Сеймур Крей. (нач. 70-х) Cray – 1.
ф. Cray Research.
Основная цель создания:
1) обеспечение высокой производительности (более 1 млрд.);
2) возможность решения за приемлемое время сложных задач, которые нельзя было решить с помощью современных ВС-м.
3) возможность сохранения созданного к тому времени ПО.
Cray имеет векторно- конвейерную архитектуру, т.е. ОКМД (к такой архитектуре относятся матричные и векторные) + конвейеризация.
Векторная обработка дает возможность одновременно выполнять множество операций над своим полем данных, находящихся в локальной памяти.
С хема Cray:
VO–V7 – векторные регистры, каждый из которых содержит 64 регистра по 64разряда каждый; VL – регистр длины вектора; VM – регистр маски; S – набор скалярных регистров; T – промежуточные регистры – буферные регистры между ОП и скалярными регистрами. A – набор адресных регистров; B – промежуточные регистры между ОП и адресными регистрами. (VL и VM) – входят в состав скалярного процессора (подготовка работе, ДШКОП). Конвейерное устройство – до 12 ступеней (для операций с плавающей запятой, с фиксированной запятой, обработки адресов – свои устройства). Такая структура обеспечивает высокий параллелизм при выполнении операций.
Особенности Cray: