8-mavzu. Konveyerli hisoblash. Superskalyar hisoblashlar soat Komandalar konveyeri

18-mavzu. Konveyerli hisoblash. Superskalyar hisoblashlar
2 soat


Komandalar konveyeri.
MP ning turli komandalarni bajarishga turlicha vaqt sarflashi ma’lum. Agar turli komandalarni bir xil vaqtda bajarilishini sun’iy usulda ta’minaladigan bo’lsa (fiksatorlar kiritish orqali yoki sinxronlashtirish yordamida) bu usul bilan komandalar konveyerini tashkil qilish mumkin.
S layd

Bitta komandani bajarilish vaqtini sun’iy yo’l bilan ko’paytilisa, konveyer to’liq bo’lgan holatda unumdorlik 1/T_k ga yaqin bo’ladi. Bunda T_k – kopnveyer takti, bu holatda bir etapni bajarish vaqti. Bu MP ning unumdorligini 5 barobar oshirish imkonini beradi. Bu – nazaiy jihatdan qaraganda. Amaliyotda esa bunga erishish qiyin, chunki konveyerlashtirishdagi nizolar (конфликт) bunga yo’l qo’ymaydi.
Komandalar konveyerlashdagi nizo deganda potokdagi keyingi kelayotgan komandani shu komanda uchun ajratilgan takt davomida bajarila olmay qolishiga aytiladi. Nizolar 3 turli bo’ladi:
1 Strukturali yoki resursli nizolar. Barcha komandalar kombinatsiyalarini bir vaqtda konveyerda joylashtirish va bajarishda apparat vositalar bajara olmay qolganda yuzaga keladi. MP dagi qaysidir qurilma konveyerlanmagan yoki yagona nusxada mavjud bo’lsa (parallellanmagan bo’lsa) strukturali yoki resursli nizo kelib chiqadi. Masalan kesh xotira bilan bog’liq shunday nizo bo’lishi mumkin: bitta komandani keshdan o’qib olish jarayoni kechayotganda (komandani bajarishning 1-bosqichi) boshqa komanda hisoblash natijasini keshga yozishga uringanda. Bunday resursli nizolarni kelib chiqmasligi uchun 3 xil uslub ishlatiladi:

• 
  Nizo hal bo’lgunicha konveyerni to’xtatib turish (pipeline stall)
  
• 
  Nizo kelib chiqadigan qurilmani ikkilantirish, masalan kesh xotirani 2 ga: komandalar keshi va ma’lumotlar keshiga ajratish
  
• 
  Nizo keltirgan uskunani tezlatish (tezkorrog’iga almashtirish) yoki konveyerlash
  

Nizolarni hal qilishning oxirgi 2 ta usulini juda kam hollarda qo’llaniladi. Shunda ham nizo kelib chiqish chastotasi ortsa. Chunki qo’shimcha harajatlar 1-xolatdagi konveyerning to’xtab-to’xtab ishlashiga qaraganda iqtisodiy nomuvofiqdir.
2 Dasturiy yoki axboriy nizolar. Ikkita guruhga ajratiladi:
a… ma’lumotlar bo’yicha nizo. Qachonki keyingi komandaning bajarilishi uchun oldingi komandaning bajarilish natihasi zarur bo’lsa
b… boshqarish nizolari. Komandalarning tabiiy bajarilish tartibi buzilganda yuzaga keladi. Masalan shartli o’tish operatorini ishlatishda.
Ma’lumotlar bo’yicha nizo bir necha turi bo’lishi mumkin.
MN1. RAW – Read After Write – oq’ishdan keyin yozish nizosi. Aytaylik A1 va A2 komandalari mavjud va A2 komanda A1 dan keyin keladi. A2 komanda A1 ning natijasini ishlatganda, hali A1 hisoblashni yakunlamagan bo’lsa A2 bo’sh joyga murojaat qiladi va RAW kelib chiqadi. Masalan:

ADD R1, R2, R3

SUB R4, R5, R1

IF	ID	MEM	EX	WB
	IF	ID	MEM	EX	WB

Bu rasmda A1 komandaning hisoblash natijasi (1:5) da, A2 ga kearkli komanda (2:4) da. Ko’rinib turibdiki, A2 hali mavjud bo’lmagan natijaga murojaat qilmoqda va shu joyda nizo kelib chiqadi.