Технологические ограничения

С = 300000 км/с = 30 см/нсек

В проводниках эта скорость падает до 20 см/нсек.

В кристаллах эта скорость падает очень сильно и за счет этого падает тактовая частота.

Для больше быстродействия приходится давать больший ток, что порождает большие тепловыделения.

Чистота материалов для полупроводников – тоже проблема.

Уменьшать размеры уже практически некуда.

Берется кристалл, на него наносится фотоэмульсия. Берется фотошаблон – пластина с дырочками. И с помощью источника света рисунок шаблона проецируется на кристалл. В фотоэмульсии образуются дырки, открывая к доступ к кристаллу. Напыляется вещество для получения p-проводимости. Затем с другими шаблонами так же получается n-проводимость, проводники и т.п. На все про все 10-20 фотоэкспозиций. Минимальный размер дырки в фотошаблоне (элемента на кристалле) определяет технологию. С уменьшением этих проемов начинают появляться негативные оптические эффекты (дефракция), проявляются различные дефекты кристалла. Получается 1 дефект на 1 см кв на одну фотоэкспозицию. 90% кристаллов получаются бракованными.

Цикл регенерации – обращение к ячейкам оперативной памяти, чтобы не были потеряны данные (происходит подзарядка конденсаторов, хранящих биты памяти).

Лекция 3 (18.09.2012) Как увеличивается быстродействие за счет организации вм

Асинхронный конвейер (Конвейер команд)

Рассмотрим B:=B+A

1. Чтение команды (кода операции);

2. Дешифрирование кода операции;

3. Вычисление адреса первого операнда;

4. Чтение первого операнда;

5. Вычисление адреса второго операнда;

6. Чтение второго операнда;

7. Выполнение операции;

8. Запись результата;

9. Завершающие операции.

[1] → [2] → [3] → [4] → [5] → [6] → [7] → [8] → [9]

| | | | | |

[ Устройство обращения к памяти ]

К одной и той же памяти пытаются обратиться 6 устройств.

Машины с расширенной системой команд крайне неэффективны, т.к. нельзя поднять быстродействие за счет конвейеризации.

Варианты решений:

1. упростить систему команд (например упростить систему адресации);

2. отказаться от размещения и первого и второго операнда в памяти;

3. выбрать между чтением и записью;

4. выделить память команд от памяти данных.

Итого переход к гарвардской архитектуре.

RISC-процессор.

Эффективно программировать на машине с расширенной системе команд могут немногие.

При упрощении системы команд увеличивается быстродействие, но не производительность.

Конвейер команд не эффективен для машин с расширенной системой команд.

Нарушение естественного порядка следования команд.

Кэш – сверхоперативная память.

У всех современных МКП на кристалле машины с гарвардской архитектурой. На уровне пользователя архитектура принстонская.

Пусть естественный порядок не нарушается. Остаются помехи. Например:

- неправильное чтение после записи;

- ошибка записи после чтения;

- запись после записи (вторая команда записала результат раньше, чем первая);

- чтение после чтения.

Решение: учитывать порядок и время выполнения команд программистом.

При входе в конвейер выбираются значения регистров, нужных команде. Далее команда работает с полученными значениями.

Отличия асинхронного конвейера от синхронного. В синхронном запись во все ступени происходит одновременно.

Для того, чтобы У2 в асинхронном конвейере «знало», что произошла запись в переходный регистр устройством У1, используется специальный триггер.

Двухрегистровая схема позволяет уменьшить задержки.

При многорегистровой схеме используется очередь.