План Конвейерный принцип обработки информации

Лекция 6. Конвейерная и суперскалярная обработка информации
План

1. 
   Конвейерный принцип обработки информации
   
2. 
   Суперскалярные архитектуры
   
3. 
   Система СКАУ
   

1. 
   Конвейерный принцип обработки информации.
   

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 конвейер продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него. Конвейеризация (или конвейерная обработка) в общем случае основана на разделении подлежащей исполнению функции на более мелкие части, называемые ступенями, и выделении для каждой из них отдельного блока аппаратуры. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одно­временно на различных ступенях конвейера выполняются несколько команд. Конвейерная обработка такого рода широко применяется во всех современных быстродействующих процессорах.
Современная IВМ работает на пяти основным устройствам системы: ОЗУ, управления памятью с буферным ОЗУ, процессор команд, опе­рационные устройства для выполнения операций с плавающей запятой, с фиксированной запятой и десятичной арифметики работают одновременно и независимо друг от друга. Оперативное ЗУ построено по многомодульному принципу (до 32 модулей), устройство управления памятью работает по принципу конвейера и обеспечивает чередование адре­сов при обращении процессора и каналов ввода – вывода информации к ОЗУ.

Рис. 6.1. Система STAR-100
Кроме конвейера команд в системах IВМ используется также и конвейерная обра­ботка данных. Существенно более полно используется принцип магистральной обработки в системе STAR-100, (разработанной фирмой СDС).
Система содержит три конвейерных процессора (рис. 6.1): ППЗ – процессор, содержащий конвейерные устройства сложения и умножения с плавающей запятой; ППФЗ – процессор, содержащий конвейерное устрой­ство сложения с плавающей запятой, конвейерное многоцелевое устройство, выполняю­щее умножение с фиксированной запятой, деление и извлечение квадратного корня; СП – специальный конвейерный 16-разрядный процессор, выполняющий операции с фиксиро­ванной запятой и ряд логических операций.
Конвейерные процессоры оперируют с 64- или 32-разрядными числами. Оператив­ное ЗУ построено по модульному принципу (32-модуля памяти) и работает с чередова­нием адресов под управлением устройства УП (управление памятью). (Полный цикл ОЗУ–1,28 мкс, т. е. 40X32 нc.)
Конвейерный сумматор с плавающей запятой состоит из четырех сегментов – спе­циализированных операционных устройств (см. рис. 6.2, а). Продолжительность цикла каждого сегмента составляет 40 нс; таким образом, время выполнения операции сложения с плавающей запятой равно 160 нс.