15. Организация адресных сверхоперативных зу.
Запоминающая часть организована как линейная последовательность ячеек, обращение к каждой из которых обеспечивается схемой селекции.
Такого рода ЗУ принято называть 2D: первая координата – адрес, вторая – команда чтения/записи. Каждый элемент ячейки выбирается сигналом от дешифратора адреса, который имеет сложную схему селекции. Сложность схемы определяется 2m = Е, где m – разрядность шины адреса, Е – емкость. Поэтому такие устройства используются, когда количество ячеек небольшое. Есть механизмы упрощения. Одним из простых способов является матричная организация ЗУ. Есть 2 дешифратора: старший и младший, адрес младший, адрес старший. Данная схема называется 3D – два адреса и одна координата чтения/записи. Если m=16, то Е (в сложной схеме) = 64 кб, ДА = 28 = 256, сложность 2*ДА = 512.
10. Архитектурные способы повышения производительности.
Повышение производительности процессоров в большинстве случаев достигается за счет применения технологических и архитектурных решений. Технологические решения: технология производства ИС, повышение тактовой частоты, уменьшение проектной нормы. Архитектурные способы связаны с рядом направлений: оптимизация системы команд с учетом развития технологий программирования, использование методов и средств параллельной обработки данных.
1. конвейеризация – это естественное средство реализации параллелизма линейной последовательности команд. В процессоре команда разбивается на 5–6 ступеней, которые исполняются в различных блоках процессора. Каждый блок в цепочке осуществляет только один этап исполнения команды. Полная обработка команды занимает несколько тактов. Выборка (IF) – промежуточный буфер – дешифрация команды (ID)– промежуточный буфер – чтение операции (RD)– промежуточный буфер – исполнение операции (EX)– промежуточный буфер – запись результата (WB).
В ходе выполнения команда продвигается по конвейеру, освобождая ступень для следующей команды. Для хранения информации, передаваемой между ступенями, используются внутренние промежуточные буферы, которые обновляются после каждого такта. Благодаря конвейерной обработке обрабатывается несколько следующих друг за другом команд. Из принципа конвейера следует, что повышение производительности прямо пропорционально количеству ступеней. Однако существуют ситуации, при которых в процессе выполнения происходит временная остановка конвейера, которые называются конфликтами. Конфликты снижают производительность процессора и для уменьшения их отрицательного влияния разрабатывают специальные архитектурные решения. Существует 3 типа конфликтов:
конфликты по ресурсам возникают, когда нескольким командам, находящимся на разных ступенях конвейера требуется использование одного и того же ресурса, например, памяти; конфликт по данным – ситуация, когда или исходный операнд или результат недоступны в положенное время; конфликт по управлению возникает при конвейеризации команд условного перехода и других ситуациях, приводящих к изменению значения счетчика команд.
При возникновении конфликта приходится прерывать работу конвейера на время, необходимое для устранения причин нарушения. В связи с этим есть еще дополнительные архитектурные особенности, позволяющие держать конвейер заполненным. Такие способы называются динамическим выполнением – метод, позволяющий процессору выполнять параллельно несколько команд и включающий в себя следующие элементы: предсказание множественного перехода, анализ потока команд, упреждающее выполнение.
Суперскалярность вычислений.
Означает, что на каждом этапе обрабатывается сразу несколько потоков инструкций. Современные процессоры способны запускать на исполнение не только ту команду, которая стоит на входе, но и следующие за ней.
Внеочередное исполнение команд.
Означает, что операции не обязаны выполняться в устройствах строго в том порядке, в котором определены в коде. Более поздние могут выполняться перед ранними, если не зависят от порождаемых результатов. Процессор должен лишь гарантировать, чтобы результаты внеочередного выполнения совпадали с результатами последовательного.
Процессор, оснащенный механизмом параллельного исполнения, называется суперскалярным, однако не все суперскалярные процессоры поддерживали внеочередное исполнение. Все современные процессоры поддерживают обе особенности.