Mavzu: Konveyerli ishlov berish Reja: Konveyer liniyasi va parallellik

Mavzu: Konveyerli ishlov berish
Reja:

1. 
   Konveyer liniyasi va parallellik
   
2. 
   2.Konveyerni eng oddiy tashkil etish va uning ish faoliyatini baholash
   

1.Konveyer liniyasi va parallellik
Kompyuter me'morlari uzoq vaqtdan buyon "bir -birining ustiga chiqish" deb nomlanuvchi dizayn texnikasiga murojaat qilishgan, bunda kompyuter uskunalari bir vaqtning o'zida bir vaqtning o'zida bir nechta asosiy operatsiyalarni bajaradi. Bu umumiy texnika ikkita tushunchani o'z ichiga oladi: parallellik va konveyer liniyasi. Garchi ularning umumiy jihatlari ko'p bo'lsa va amalda ularni ajratish qiyin bo'lsa -da, atamalar ikki xil yondashuvni aks ettiradi. Parallellikda, operatsiyalar kombinatsiyasiga apparat tuzilmasini bir necha nusxada ko'paytirish orqali erishiladi. Muammoning turli qismlarini hal qiladigan tuzilmalarning barcha elementlarining bir vaqtda ishlashi tufayli yuqori mahsuldorlikka erishiladi.
Umumiy holda konveyer liniyasi (yoki konveyer liniyasi) bajariladigan funktsiyani bosqichlar deb nomlangan kichikroq qismlarga bo'lishga va ularning har biri uchun alohida uskunalar blokini ajratishga asoslangan. Shunday qilib, har qanday mashina buyrug'ini qayta ishlashni bir necha bosqichlarga (bir necha bosqichlarga) bo'lish mumkin, bunda ma'lumotlar bir bosqichdan ikkinchisiga o'tkaziladi. Bunday holda, konveyerlarni yotqizish turli buyruqlar bajarilish bosqichlarini birlashtirish uchun ishlatilishi mumkin. Bu holda, konveyer liniyasining turli bosqichlarida bir vaqtning o'zida bir nechta ko'rsatmalarni bajarilishi tufayli hosildorlik oshadi. Bunday konveyer liniyasi barcha zamonaviy yuqori tezlikli protsessorlarda keng qo'llaniladi.
2.Konveyerni eng oddiy tashkil etish va uning ish faoliyatini baholash
Qurilish protsessorlarining asosiy tamoyillarini tasvirlash uchun biz 32 ta umumiy maqsadli tamsayı registrlari (R0, .., R31), 32 suzuvchi nuqta registrlari (F0, .., F31) va kompyuter buyruq hisoblagichini o'z ichiga olgan eng oddiy arxitekturadan foydalanamiz. Biz protsessorning buyruqlar majmuasi odatda arifmetik va mantiqiy operatsiyalarni, suzuvchi nuqtali operatsiyalarni, ma'lumotlarni uzatish operatsiyalarini, oqimlarni boshqarish operatsiyalarini va tizim operatsiyalarini o'z ichiga oladi deb taxmin qilamiz. Arifmetik buyruqlar RISC protsessorlariga xos bo'lgan uch manzilli formatdan foydalanadi va xotiraga kirish uchun registrlar tarkibini xotiraga yuklash va yozish operatsiyalaridan foydalanadi.
Oddiy buyruqni bajarilishini quyidagi bosqichlarga bo'lish mumkin:

1. 
   fetch buyrug'i - IF (buyruq hisoblagich tomonidan ko'rsatilgan manzilda xotiradan olinadi);
   
2. 
   buyruqni dekodlash / registrlardan operandlarni olish - ID;
   
3. 
   operatsiyani bajarish / samarali xotira manzilini hisoblash - EX;
   
4. 
   xotiraga kirish - MEM;
   
5. 
   natijani yodlash - JB.
   

Konveyer liniyasining ishlashi an'anaviy ravishda o'z vaqtida siljigan protsessor sxemalari ko'rinishida ifodalanishi mumkin (35 -rasm). Bu raqam buyruqlarning turli bosqichlarining bajarilish vaqtini yaxshi aks ettiradi. Biroq, konveyer liniyasi ishini aks ettirish uchun tez -tez bajariladigan ko'rsatmalar, soat raqamlari va ko'rsatmalarni bajarish bosqichlari tasvirlangan vaqt jadvallari qo'llaniladi (5 -jadval).
Konveyer liniyasi protsessorning o'tkazuvchanligini oshiradi (vaqt birligida bajariladigan ko'rsatmalar soni), lekin bu alohida ko'rsatmaning bajarilish vaqtini kamaytirmaydi. Aslida, bu ro'yxatga olish stantsiyalarini boshqarish bilan bog'liq qo'shimcha xarajatlar tufayli har bir ko'rsatmaning bajarilish vaqtini biroz oshiradi. Shu bilan birga, o'tkazuvchanlikning oshishi shuni ko'rsatadiki, dastur oddiy konveyerli bo'lmagan sxemaga nisbatan tezroq ishlaydi.
Konveyer liniyasidagi har bir buyruqning bajarilish vaqti kamaymasligi konveyerning amaliy uzunligiga ba'zi cheklovlar qo'yadi. Konveyer konveyerining kechikishi bilan bog'liq cheklovlarga qo'shimcha ravishda, har bir bosqichda va konveyer liniyasi yuklanishi tufayli kechikishdagi muvozanatdan kelib chiqadigan cheklovlar ham mavjud. Sinxronizatsiya chastotasi yuqori bo'lishi mumkin emas va shuning uchun sinxronizatsiya aylanishi konveyer liniyasining eng sekin bosqichining ishlashi uchun zarur bo'lgan vaqtdan kam bo'lolmaydi. Konveyerni tashkillashtirishning qo'shimcha xarajatlari konveyerli registrlarda (mandallarda) signallarning kechikishi va vaqt signallarining qiyshiqligi bilan bog'liq. Konveyerlar registrlari soat aylanishiga o'rnatish vaqtini va tarqalish kechikishini qo'shadi.
Misol tariqasida, 50, 50, 60, 50 va 50 ns davomiylikdagi besh bosqichli konveyer bo'lmagan mashinani ko'rib chiqing. mos ravishda (36 -rasm). Konveyer ustki konveyeri 5 ns bo'lsin. Keyin konveyer o'tkazmaydigan mashinada buyruqning o'rtacha bajarilish vaqti 260 ns bo'ladi. Agar konveyerli tashkilot ishlatilsa, tsikl vaqti eng sekin ishlov berish bosqichining davomiyligiga qo'shimcha xarajatlar bilan teng bo'ladi, ya'ni. 65 ns. Bu vaqt konveyerdagi buyruqning o'rtacha bajarilish vaqtiga to'g'ri keladi. Shunday qilib, konveyer liniyasi natijasida olingan tezlik teng bo'ladi:

6. 
   Konveyersiz rejimda buyruqlar bajarilishining o'rtacha vaqti - 260;
   
7. 
   Konveyerli rejimda buyruqni bajarish vaqti o'rtacha 64.
   

Konveyer liniyasi faqat konveyer liniyasi yuklanishiga yaqin bo'lgandagina samarali bo'ladi va yangi ko'rsatmalar va operandlarni etkazib berish tezligi konveyerning maksimal ishlashiga mos keladi. Agar kechikish bo'lsa, parallel ravishda kamroq operatsiyalar bajariladi va umumiy ko'rsatkich pasayadi. Bunday kechikishlar nizoli vaziyatlar natijasida paydo bo'lishi mumkin. Keyingi bo'limlarda buyruqlarni bajarishda yuzaga keladigan turli xil nizolar va ularni qanday hal qilish mumkinligi muhokama qilinadi.



1- rasm. Konveyerni ishlash jarayoni
1-jadval. Oddiy konveyerning ishlash diagrammasi