Конспект лекций по дисциплине «Техника микропроцессорных систем в коммутации» для студентов специальности 210046. 65 «Сети связи и системы коммутации»

1.2 Основные характеристики ЭВМ

[1], с.234…238
1.2.1 Быстродействие (производительность) определяет скорость обработки информации и характеризуется числом операций, выполняемых в секунду.

Достижение высокой производительности зависит не столько от быстродействия самой ЭВМ, сколько от принципиальных улучшений ее архитектуры и методов обработки информации. Новейшие архитектуры ЭВМ используют концепцию параллельной обработки.

Рисунок 1.2 – Фазы обработки команды

В ЭВМ с последовательной архитектурой фазы обработки команды выполняются во времени последовательно друг за другом, при этом в процессоре в течение одного машинного цикла реализуется фаза обработки только одной команды.

В ЭВМ с параллельной архитектурой в течение одного машинного цикла реализуется выполнение фаз нескольких команд. Это может обеспечиваться за счет использования многопроцессорных матриц или конвейерного принципа обработки команд.

Во внутренней структуре современных высокопроизводительных микропроцессоров реализуется конвейерный принцип выполнения команд.

Реализация каждого этапа занимает один такт машинного времени и производится ус­тройствами и блоками процессора, образующими ступени исполнительного конвейера. При последовательной загрузке в конвейер выбираемых команд каждая его ступень реализует определенный этап выполнения очередной команды. Таким образом, в конвейере одновременно находятся несколько команд, находящихся на разных этапах выполнения. В идеальном варианте при полной загрузке конвейера на его выход в каждом такте будет поступать результат выпол­нения очередной команды. В этом случае производительность процессора (операций/с) будет равна его тактовой частоте (тактов/с).

Однако такая эффективная работа конвейера обеспечивается только при его равно­мерной загрузке однотипными командами. Реально отдельные ступени конвейера могут оказаться незагруженными, находясь в состоянии ожидания или простоя. Ожиданием называется состояние исполнительной ступени, когда она не может выполнить требуе­мую микрооперацию, так как еще не получен необходимый операнд, являющийся ре­зультатом выполнения предыдущей команды. Простоем называется состояние ступени, когда она вынуждена пропустить очередной такт, так как поступившая команда не требу­ет выполнения соответствующего этапа.

Рисунок 1.2 – Фазы обработки команды