34. Конвейерная архитектура процессора. Принцип функционирования. Факторы снижающие эффективность конвейерной архитектуры.

Конвейерная архитектура (pipelining) была введена в центральный процессор с целью повышения быстродействия. Этот принцип подразумевает, что в каждый момент времени процессор работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы. По очередному тактовому импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него.

При последовательной обработке время выполнения N команд составит:

Tпосл = N*(TIF + TID + TOR + TEX + TWB) = 5T×N

При конвейерной обработке время выполнения N команд составит:

Tконв = 5T + (N-1) × T

При достаточно длительной работе конвейера его быстродействие будет существенно превышать быстродействие, достигаемое при последовательной обработке команд. Это увеличение будет тем больше, чем меньше длительность такта конвейера и чем больше количество выполненных команд.

Сокращение длительности такта достигается, в частности, разбиением выполнения команды на большое число этапов, каждый из которых включает в себя относительно простые операции и поэтому может выполняться за короткий промежуток времени.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

• простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (работа с ОЗУ не нужна, если команда работает с регистрами);

• ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой;

• очистка конвейера при попадании в него команды перехода (проблема решается «предсказаниями переходов»).

Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода).

35. Принципы функционирования струйных принтеров.

Принципы печати.

Термоструйная технология. Для нанесения картинки или текста на бумагу чернила резко нагревают, и они, расширяясь, вылетают наружу, отпечатываясь на бумаге. Печатающая головка bubble jet обладает терморезисторами на дюзах, которые нагреваются до 400oC при получении электрического импульса. Чернила, находящиеся в дюзах нагреваются, расширяются и мгновенно выдавливаются в виде маленькой капли на бумагу. Спустя несколько сотых секунды терморезистор остывает и образуемый вакуум отсасывает новые чернила из картриджа в эту полость. Достоинством данной технологи является несомненная дешевизна печатающей головки. Срок ее работы органичен и обычно она совмещается с картриджем. Такой принцип печати используют большинство производителей. Недостатком является практически неуправляемый "взрывной" процесс выталкивания капли и, как следствие, возникновение вокруг точки "тумана" - крошечных капелек.

Пьезоэлектрическая технология использует свойство пьезокристаллов изменять свою форму под воздействием электричества. Капля чернил образуется при подаче напряжения на пьезоэлемент, который прогибается, давит на канал с чернилами и выталкивает каплю чернил наружу. Затем пьезоэлемент приходит в исходное состояние, и новая порция чернил засасывается в канал. Достоинством такого способа печати является малый размер капли и управляемый процесс ее формирования, а как следствие - малый размер точки и отсутствие дополнительных капелек. Недостатком - то, что такая головка стоит очень дорого. Правда если пользоваться фирменными чернилами, то она служит долго и по расходным материалам такой принтер получается дешевле других (если конечно и на них используются фирменные расходные материалы).

Улучшение:

Одним из наиболее эффективных способов повышения производительности струйного принтера является переход к использованию неподвижной печатающей головки. В этом случае носитель равномерно движется под печатающей головкой, через сопла которой на его поверхность наносится изображение. Такой подход позволяет решить две важные задачи: упростить конструкцию печатающего механизма (а следовательно, повысить его надежность) и обеспечить значительно более высокую скорость движения носителя (и соответственно производительность принтера) при той же частоте выброса капель через сопла головки.

Использование: Цветные распечатки, изготовление шаблонов OLED-матриц.

Чернила: Все цвета можно получить сложением красного, зеленого и синего на фоне черного (модель RGB) либо вычитанием (из белого) голубого, пурпурного и желтого. Последний тип раскраски выбран в струйных принтерах. Чернила должны удовлетворять как минимум двум условиям – быть влаго- и светостойкими, кроме того, желательно, чтобы из них можно было формировать микроскопические капли.