6-ma’ruza. Konveyrli hisoblash, superskalyar hisoblashlar Reja

6-ma’ruza. Konveyrli hisoblash, superskalyar hisoblashlar
Reja:

1. Buyruq darajasida moslik

2. Konveyerli qayta ishlash

3. Super konveyerni qayta ishlash

4. Superskalyar bilan ishlash
Kalit so'zlar: konveyer, super konveyer, markaziy protsessor, arifmetik-mantiqiy qurilma.
1. Buyruq darajasida moslik
Markaziy protsessor ma'lumotlarni qayta ishlashning asosiy operatsiyalarini amalga oshiradigan hisoblash tizimini yaratishda asosiy element hisoblanadi. Umumiy holda, har qanday mashina ko'rsatmalariga ishlov berish jarayonida amalga oshiriladigan barcha harakatlar odatda tsikl deb ataladi. Mashina buyruqlarini qayta ishlash tsikli quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi:

• Operativ xotiradan buyruqlarni ajratib olish (IR);

• Amalga oshiriladigan operandalar soni, registrda va / yoki operativ xotirada joylashgan joyi va manzillari aniqlanadigan buyruqni dekodlash, shuningdek ular qaysi operatsiyani bajarish kerakligini (DC) aniqlaydi.

• oldingi bosqichda yaratilgan ma'muriy manzillarda (ID) operativ xotirasidan ma'lumotlarni chiqarib olish;

Operandlarda arifmetik-mantiqiy o'zgarishlarni amalga oshirish bilan bog'liq ma'lumotlarni qayta ishlash (OD);

Natijalarni protsessorning registr xotirasida yoki tasodifiy kirish xotirasida (SR) yozish;

• Mashina yo'riqnomalarini (PR) qayta ishlashda alohida holatlar yuzaga kelganda reaktsiya mexanizmini amalga oshiradigan uzilishni qayta ishlash

Mashina buyruqlarini qayta ishlash tsikli (COMC) har bir qadam ichidagi harakatlar ketma-ket bajarilishi sifatida amalga oshirilishi mumkin. Bunday holda, oldingi buyruq bajarilgunga qadar keyingi mashina buyrug'ini qayta ishlashni boshlash mumkin emas. Protsessorning ishlashini doimiy ishlash printsipi bilan ishlov berish mashinasining ishlashini faqat soat chastotasini ko'paytirish orqali oshirish mumkin. Shu bilan birga, protsessor ishlaydigan chastotaning ko'payishi, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan mantiqiy elementlari va ichki ulanish liniyalari orqali o'tishda signallarning tarqalishidagi kechikishlar tufayli yuzaga keladigan cheklovlarga ega. Shuning uchun protsessor chastotasini cheksiz ravishda oshirish mumkin emas.

Protsessor elementining ish faoliyatini oshirishning alternativ usuli - bu mashina ko'rsatmalariga parallel ishlov berishdan foydalanish. Ushbu yo'nalish doirasida konveyer va super-konveyerli ishlov berish, hisob-kitoblarni superskalalar va vektorli tashkil etish tamoyillari joriy etilmoqda va amalda faol qo'llanilmoqda.
2. Konveyerli qayta ishlash

 

Hisoblash quvuri mustaqil manbalar (bloklar) to'plamidan iborat bo'lgan tuzilishga ega bo'lib, ularning har biri mashina buyruqlarini qayta ishlash tsiklining bitta aniq bosqichini bajarish uchun javobgardir. Shunday qilib, konveyerda bir vaqtning o'zida bir nechta mashina ko'rsatmalarini bajarishni faollashtirish mumkin, ammo ishlov berish tsiklining turli bosqichlarida. Umumiy holda, konveyer vaqtning har bir lahzasida maksimal n mashina ko'rsatmalarini qayta ishlashga qodir, bu erda n TsOMK bosqichlarini amalga oshirish uchun mustaqil bloklar soni. Oldingi blok natijalari keyingi blokning ishlashi uchun manba ma'lumotlari sifatida ishlatiladi (3.4-rasm). Konveyerga ishlov berishni tashkil qilishning umumiy qoidalari quyidagilar:

a) MMKning ko'p sonli mustaqil bosqichlarga bo'linishi. Amalda, bu raqam 20 dan oshmaydi;

b) har bir bosqichda operatsiyalarni bajarish vaqti doimiy bo'lishi kerak. Ushbu parametr konveyer aylanishi deb nomlanadi.

3.4-rasm. Konveyer protsessorining tuzilishi

  3.5-rasmda oltita mashina ko'rsatmalarini bajarish paytida konveyerning vaqt jadvallari ko'rsatilgan. Ushbu misolda konveyer CLCMning besh bosqichini amalga oshiradi. Birinchi bosqichda IR blokidagi 1-sonli mashina buyrug'ining ekstraktsiya bosqichi qayta ishlanadi. Ikkinchi soatda, IK blokidagi operatsiyalar natijalari 2-blokga yuboriladi, u erda 1-chi chiqarilgan mashina yo'riqnomasi dekodlanadi va shu bilan birga, ozod qilingan IQ blok 2 buyrug'ini olishda ishtirok etadi.

5-o'lchovdan boshlab, konveyer to'liq yuklanadi va bir vaqtning o'zida beshta mashina ko'rsatmalarini bajarilishini ta'minlaydi. Shu paytdan boshlab har bir tsiklda konveyer chiqishi keyingi buyruq natijasini keltirib chiqaradi.

Biroq, konveyerning ishlashi paytida, mashina ko'rsatmalarining muntazamligini buzadigan yoki xatolarga olib keladigan mojarolar (xavflar) paydo bo'lishi mumkin. Men xavflarning uch turini ajrataman:

4.5-rasm. Quvur liniyasi protsessorining vaqt diagrammasi

a) bir nechta bloklar bir vaqtning o'zida bir xil kompyuter tizimining resurslariga kirishga harakat qilishganda paydo bo'ladigan tizimli;

b) turli xil ma'lumotlar guruhlarining o'zaro bog'liqligi mavjud bo'lganda ma'lumotlar xavfi. Turli xil buyruqlarda o'qish va yozishlarni sinxronlashtirilmaganligi sababli ma'lumotlardan noto'g'ri foydalanish mumkin;

c) shartli filial ko'rsatmalari mavjud bo'lsa, keyingi buyruqni tanlashda noaniqlik natijasida menejment xavfi.

Xavf bilan bog'liq xarajatlar qaror algoritmlarini oqilona tashkil etish, mumkin bo'lgan mojarolarni kuzatuvchi va ularni sun'iy ravishda yo'q qiladigan kompilyatorlarning imkoniyatlari, shuningdek, oldingi natijalar va voqealar tarixiga asoslangan hisob-kitoblar jarayonini bashorat qilish uchun apparat yoki apparat-dasturiy mexanizmlar yordamida minimallashtiriladi.

Quvurlarni qayta ishlashning samaradorligini baholash uchun quyidagi parametrlardan foydalaniladi.

Tezlashtirish - bu ko'rsatmalar to'plamini quvur liniyasisiz va uni ishlatishda ishlov berish vaqtining nisbati (S). K pozitsiyalari va konveyer tsikli t konveyerda N buyruqlari oqimining qayta ishlash vaqti (3.1) ifodasi bilan hisoblanadi.

(3.1)

Seriyali protsessorda N ko'rsatmalar oqimining hisoblash vaqti (4.2) ifodasi bilan hisoblanadi.

(3.2)

Shunday qilib, quvurli tashkil etilgan protsessorda hisoblashning tezlashishi (4.3)

(3.3)

Samaradorlik - bitta konveyer pozitsiyasida tezlanish ulushi (E)

(3.4)

O'tkazish qobiliyati - samaradorligi (4.4) konveyer tsiklining vaqtiga (P) bo'linadi.

(3.5)

Konveyerning yuqori mahsuldorligi ishlov berish ob'ektlarini qabul qilishning muntazamligini kuzatishda va mashina ko'rsatmalarining tabiiy tartibini buzishni minimallashtirishda olinadi.