Конвейерная организация

Процессорный конвеер работает следующим образом: весь цикл управления команды разбивается на несколько участкрв, которые обчно называют стадиями, которые выполняются последовательно. Продолжительность выполнения каждой стадии значительно меньши выполнения всей команды.

При такой схеме данные поступают на первую стадию, обрабатываются и переходят на вторую стадию, в то время как на первую стадию поступают новые данные.

В реальном режиме у конвейера редко бывают загружены все ступени, в силу того, что времяч выполнения операций различно.

Однако использование конвейера увеличивает производительность микропроцессора минимум на 30%.

Скорость работы конвейера равна скорости самой медленрой его стадии.

Суперскалярная архитектура

операции умножения целочисленых операндов и операндов с плавающей точкой выполняются на рзличных функцилнальных устройства.

таким образом, для избежания простоя конвейера реализованны специальзированные конвейерные устройства, и каждый тип операции выпоняется на своем устройстве, это также позваоляет увеличить производительность в два раза.

Блок перестановки команд.

Дано необходимо выполнить следующию последовательность действий:

A=B*6, C=E*12, A=A*D, C=C+1 где ???????

Последовательност комманд

1. Вычисляем значиение B*6 и записываем его в регистр (3 такта)

2. записываем значение из регистра в оперативную память (10 тактов)

3. вычиляем значение E*12 и записываем его в регистр (3 такста)

4. повторяем пункт 2 (10 такстов)

5. загружаем переменную А из опретивной памяти в регист (10 тактов)

6. Вычисляем значение A*D (3 такста)

7. Повторить пункт 2 (10 тактов)

8. Загружаем переменную С из оперативной памяти в регистр (10 тактов)

9. Инкрементируем регистр (1 такта)

10. Записываем значение из регистра в оперативную память (10 тактов)

Итог 70 тактов.

Изменим порядок:

A=B*6, A=A*D, C=E*12, C=C+1

Последовательность действий:

1. Вычисляем значиение B*6 и записываем его в регистр (3 такта)

2. Вычисляем значение A*D и записываем его в регистр (3 такта)

3. Записываем значение из тегистра в оперативную память (10 тектов)

4. Вычисляем значени Е*12 и записываем его в регист (3 такста)

5. Инкрементируем регистр (1 такт)

6. Записываем значение из регистра в оперативную память (10 тактов)

Итог 30 тактов

13. Предсказание переходов. Спекулятивное исполнение команд.

предскахание переходов

Одной из самых наиболее сложных для ускорения работы процессора команд является команда условного перехода. Заранее знать на какую инструкцию будет передано управление не возможно, это можно сделать только с определенной долей вероятности, предположительно. Эта вероятность повышается, если иметь больше информации о предыдущих переходах.

для реализации этой функции существует специальный буфер.

в современных процессорах вероятность предсказания условного перехожа состовляет 95-97%.

спекулятивное выполнение команд

После сделанного предположения оп адресе переходапроцесоор может продолжать выполнение даннлй ветви пироги, при этом мы не знаем будет-ли переданно управление в даном направлении или нет, но мы продолжаем обработку данных. Если управление действительно пойдет по данному направлению, то мы будем уже иметь готовые данные, если нет, то данные просто уничтожатся, это называется спекулятивным исполнением команд.

14. Понятие интерфейса. Основные типы интерфейсов и их особенности.

В общем случае для проведения обмена данными между двумя устройствами ,требуются специальные данные:

1. Специальное управление шинами и их последовательность

2. Устройство сопряжения

3. Линия связи

4. Программа реализующая обмен.

весь этот комплекс прежназначеный для осцществления обмена инфы наз-ся интерфейсом.

В зависимочти от типа соединяемых устройств, различаются:

1) внутрений интерфейс эвм, предназначен для сопряжения элементов внутри системного блока

2) интерфейс ввода-вывода, для сопряженияч различных устройств с системным блоком,

3) интерфейс межмашинного обмена, для образомания сетей

4) интерфейс человек-машина, для обмена инфой между кентом и эвм.

Для каждого интерфейса характерно наличие специального аппаратного комплонекса. особое место занимает человекомашинный интерфейс. Церемониал общения человека с машиной предусматривает понятие дружественность пользователю, что может быть обеспечено техническими средствами, программами и технологией общения. Если интнрфейс обеспечивает обмен одновременно всеми разрядами перадаваемыми информационной единицей, то он назавается паралельным. Внутрении интерфейсы всегда паралельны или паралельно-последовательны.

В зависимости от используемых при обмене програмно-технических средств, интерфесы ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический.

15. Управление внешними устройствами. Принципы управления

В зависимости от степени участия в обмене микропроцессора могут использоваться три способа управления обмена:

1) режим сканирования;

2) синхронный режим;

3) прямой доступ к памяти.

режим сканирования - предусматрнивает опрос пороцессором переферийного устройства, если оно готово, выполняется пересылка данных;

режим сканирования - является простым в реализации, но имеет недостатки, процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу, при большом количестве переферийых устройств процессор может не успевать организовать их работу;

синхроный режим - процессор выполняет основную роль по организации обмена, но в отличии от режима сканирования не ждет готовности устройства, отвлекется на работу с переферией по мере необходимости.

прямой доступ к памяти – способ обмена данными обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между основной памятью и внешним устройством.

в режиме пдп используется специализированое устройство - контролер пдп, который перед началом обмена програмируется процссором, в него передаются адреса основной памяти и колличество переданных данных, после чего цп отключается от кпдп и до окончаия обмена может выполнять другую работу, в данном случае участие процессора в обмене косвенное, основные функции выполняеи кпдп.

пдп:

1) свобождает проц от управления операциями ввода-ввывода;

2) позволяет осущ-ть параллельно во времени выполнение процом прог с обменом данными между внешним устр-ом и основной памятью;

3) производит обмен даными со скоростью ограничеваемой только пропускной способностью основной памяти и внешними устройствами, это все разгружает проц от обслуживания операции ввода ввыввода, чпособствует увелечению общей производит-ти эвм, дает возможность машине бодее приспособлено работать в системах реального вререни.

16. Интерфейсы системной шины. Универсальные интерфейсы.

СИСТЕМНАЯ МАГИСТРАЛЬ -это среда передачи сигналов управления адресов, данных,к которой одновременно может подключатся нескеолькро компонентов вычислитеольной системы. физически системная магистраль представляет собой паралельные проводники на мат-плате, которые наз-ся линиями. кроме того к магистрали относятся сигналы, правила их интерпретации, дисциплина обслуживания запросов и рад микросхем, которые обеспечивают функцилнирование магистрали, весь этот комплекс образует понятие интерфейса системной магистрали. основными характеристиками с-м являются: разрядность, ропускная способность.

Стандарт/интерфейс PCI-перефирал компаунд интеркеонект

в первоначапольном варианте: 32 разряда, 33 мегагерца, подключаемые устройства до 30. шина- процесорно независима, работает с процом через контролер. существуют реализации с 64 разрядной шиной

Стандарт PCMCIA - интерфейс системной шины ноутбука.

USB-различают 3типа юсб: высокоскоростная-до 480 мб/с, среднескоростная-до 12 мб/с, низкоскоростная- до 1,5 мб/с. шина имеет головной хаб, количество устройств не должно превышать 127, преимущество- поддерживает горячее подключение.

17. Интерфейсы внешних запоминающих устройств

PCIATA(IDE)- прородитель САТА, имеет два канала, к каждому из которых может быть подсоеденино по 2 устройства, поддерживает несколько режимов работы винчестера:

1) single- одно устройство,

2) master- два и бодее жд,

3) Slave- ведомый;

интерфейс-провод из 40 проводников, для накопителей АТА характерно 2 режима раблты:

РIО- прямое управление жестким диском ,DMA- не требует згачительных затрат времени проца, в данном режиме потоком данных управляет сам накопитель. Функций контроллера реализованы в самом накопителе.

интерфейс SCSI- предназначен не толькео для работы с жд(отличие от АТА), промышленный интерфейс, к одному каналу может быть подключено до 8 устройств, может быть несколько каналов.

интерфейс IEEE1394 или Firewile, на каналде может быть до 63 остройств, скорость до 450 мб/с и выше.

SАТА- основное отлтчие - последовательный интерфейс. В качестве протокол используется стандартный АТА.