Вопрос 4. Основные структурные подходы повышения производительности вычислительных машин.
Ответ. На дальнейшее увеличение производительности ЭВМ накладывают ограничение основные законы физики - предельная скорость распространения электрических сигналов равна скорости света.
Поэтому используют 2 метода совмещения операций(одновременное выполнение операций): параллелизм и конвейеризацию. Эти термины отражают 2 различных подхода.
При параллелизме совмещение достигается за счет воспроизведения в нескольких копиях аппаратурной структуры. Повышение производительности достигается за счет одновременной работы всех элементов структур, осуществляющих решение различных частей задачи.
К
Вход
наносекунд.
Подфункция
Подфункция
Вход
Конвейерность
Подфункция
Функция
Выход
Параллелизм
Выход
Вход
Вход
Вход
Функция
Функция
Функция
Выход
Выход
Выход
Вопрос5. Функциональное разбиение и разбиение на ступени.
Ответ. Конвейеризация - это обеспечение совмещенности различных действий по вычислению базовых функций за счет разбиения на подфункции.
Совмещенное во времени использование многих различных ступеней многими объектами называют перекрытием.
Выполнение любой машинной команды можно разбить на следующие этапы:
- выборка команды;
- декодирование команды;
- исполнение команды.
Т.е. как минимум 3 подфункции, которые можно оформить аппаратно и в результате получить 3-х ступенчатый конвейер.
Аппаратные средства, необходимые для выполнения любой из подфункций, образуют ступень. Выход ступени является входом для следующей.
Слова
памяти
Результаты 
Выборка
команды
Декодирование
команды
Выполнение
команды
|
Ступень 1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Ступень 2 |
|
1 |
2 |
3 |
|
Ступень 3 |
|
|
1 |
2 |
Время
Число iсоответствуетi-ой команде
Конвейерные системы чаще всего проектируются как иерархические, т.е. каждая ступень в свою очередь может быть конвейером.
Данные на вход ступени поступают дискретно, поэтому необходимы элементы памяти которые обеспечивают постоянство выходного сигнала на период синхронизации. Эти элементы структуры конвейера называются фиксаторами.
Вопрос6. Классификация конвейеров.
Ответ. Классифицировать конвейеры можно по их возможностям и фактическому применению.
Однофункциональный конвейер - это конвейер, способный к вычислению базовой функции только одного типа. Такой конвейер выполняет без изменений одни и те же операции над каждым набором входных данных.
Многофункциональный конвейер - это конвейер, способный к вычислению функций различных типов. В нем в дополнение к входам для данных имеется управляющий вход, регулирующий действия конвейера.
Если конвейерная система способна лишь относительно редко изменять тип исполняемой функции, то имеет место статический конвейер. В промежутках между изменениями функций конвейер действует так, как если бы он был однофункциональным. Причем изменение функции может определяться набором данных (это характерно для векторных процессоров).
Конвейеры с динамической конфигурацией способны к частым изменениям исполняемой функции. Причем в данном случае чаще всего управление конвейером недоступно программисту, ввиду его сложности.