конвейер команд и арифметический конвейер

элеватор суфле грязи

Со времен Генри Форда идея конвейера состоит в том, чтобы как можно меньше дать тем, кто трудится, но при этом получить как можно более эффективное производство. Сейчас мы рассмотрим это на примере конвейера команд в микропроцессоре. Вот одно, самое главное, замечание о пользе конвейера. Вспомните такую картину: расходящиеся круги на поверхности озера от брошенного в воду камня. Точно такая же «картина» имеет место и в кристалле, если схема не имеет регистров. Изменение счетчика команд действует подобно описанному выше камню.

Конвейер команд и арифметический конвейер транспортер 100 метров

Конвейер команд и арифметический конвейер

I - выборка очередной команды;. II - формирование адресов операндов и их выборка;. I этап: выборка из ОП части программы;. II этап: формирование исполнительных адресов;. III этап: выполнение операций;. Каждый этап представляет собой законченный блок со своим алгоритмом работы и управляющим автоматом с "жесткой" логикой.

Асинхронный конвейер команд. Чем больше зависимость продолжительность выполнения отдельных этапов конвейера от типа, формата команд и других условий, тем эффективнее использование асинхронного конвейера. В асинхронном конвейере отсутствует единый такт работы его блоков, то есть информация с одного блока передается на следующий, когда данный блок закончит свою процедуру, а следующий полностью освободится от обработки предыдущей команды.

Управление передачей информацией между соседними блоками в асинхронном конвейере осуществляется с помощью двух триггеров - готовности результатов блока и готовности к приему следующих данных. Пример ЕС Арифметический конвейер. Конвейер может применяться и в устройствах обработки информации АЛУ — такой конвейер называется арифметическим. Пример: операционное устройство вычисляет некоторую функцию Ф от входных данных. Арифметический конвейер может быть также синхронным и асинхронным, ориентированным как на специальные функции, так и на универсальное применение.

Если конвейер многооперационный, то он усложняется, так как необходимо проводить эффективное разбиение операций на этапы и осуществлять коммутацию соответствующих блоков. Арифметический конвейер эффективно использовать в специализированных вычислительных устройствах с небольшим числом решаемых задач.

В современных процессорах применяется как конвейер операций, так и арифметический конвейер. Кроме увеличения производительности, разбиение процессора на блоки упрощает его разработку и анализ. Поиск по сайту. Главная страница. Сети ЭВМ: понятие, становление, преимущества сетевой обработки данных. Основные характеристики вычислительных сетей. Классификация вычислительных сетей. Типовые структуры вычислительных сетей. Методы коммутации в вычислительных сетях.

Способы мультиплексирования каналов связи. Задачи системотехнического проектирования сетей ЭВМ. Анализ задержек передачи сообщений в сетях передачи данных. Задача оптимального выбора пропускных способностей каналов связи прямая и обратная постановки. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем.

Функции уровней. Прохождение данных через уровни модели OSI. Протоколы и функции канального уровня. Протоколы повторной передачи. Анализ производительности. Протоколы и функции сетевого уровня. Таблицы маршрутизации. Классификация алгоритмов маршрутизации. Задача оптимальной статической маршрутизации. Протоколы прикладного уровня. Протокол IP. Использование масок в IP-адресах. Протокол TCP. Технология X. Технология ISDN: пользовательский интерфейс. Технология ISDN:стек прототипов.

Технология Frame Relay. Технология локальных сетей. Способы доступа. Технология Ethernet. Технология Token Ring. Технология FDDI. Анализ временных характеристик в локальных сетях. Основные принципы построения баз данных, проблемы хранения больших объемов информации. Уровни представления информации, понятие модели данных. Основные типы СУБД.

Взаимодействие базы данных и прикладных программ. Реляционная модель данных, основные понятия. Теоретические основы реляционного исчисления, использование исчисления предикатов первого порядка. Использование реляционной алгебры в реляционной модели данных. Иерархический и сетевой подходы при построении баз данных, основные понятия, достоинства и недостатки. Реляционные базы данных: достоинства и недостатки. Основные компоненты СУБД и их взаимодействие.

Типы и структуры данных. Обработка данных в СУБД, основные методы доступа к данным, использование структуры данных типа «дерево». Поиск информации в БД с использованием структуры типа «бинарное дерево». Поиск информации в БД с использованием структуры типа «сильно ветвящееся дерево».

Методы хеширования для реализации доступа к данным по ключу. Представление данных с помощью модели «сущность-связь», основные элементы модели. Типы и характеристики связей сущностей. Например, простейший конвейер RISC -процессоров можно представить пятью стадиями с наборами триггеров между стадиями:. Ситуации, называемые конфликтами конвейера [en] англ.

Конфликты уменьшают реальное ускорение в производительности конвейерной обработки и могут вызвать необходимость остановки конвейера. Для разрешения конфликта нужно, чтобы некоторые команды в конвейере могли продолжать выполняться, в то время как другие были задержаны.

Существует три класса конфликтов [6]. Структурные конфликты возникают из-за конфликтов ресурсов, когда аппаратура не может поддерживать все возможные комбинации одновременно выполняемых команд [7]. Если какая-то комбинация команд не может быть поддержана, то говорят, что процессор имеет структурный конфликт.

Наиболее часто структурные конфликты происходят, когда некоторый функциональный блок не полностью конвейеризован. Например, некоторые процессоры совместно используют единый конвейер памяти для данных и команд. В результате, когда команда содержит обращение к памяти данных, она вступает в конфликт с обращением более поздней командой.

Чтобы этот конфликт разрешался при обращении к памяти за данными, конвейер приостанавливается на один такт. В качестве альтернативы такому структурному конфликту разработчик мог бы обеспечить отдельное обращение к памяти команд либо путём разбиения кэша на отдельные кэш команд и кэш данных, либо используя множество буферов, называемыми буферами команд для хранения команд, однако, этого не делается во избежание увеличения стоимости блока [8].

Конфликты по данным возникают, когда зависимость команды от результатов предыдущей проявляется при совмещении команд в конвейере. Существует метод устранения конфликта по данным: форвардинг англ. К сожалению, не все потенциальные конфликты по данным можно обработать с помощью байпаса, в этом случае конвейер приостанавливается до разрешения конфликта.

Конфликты по управлению возникают при конвейерном выполнении условных передач управления и других команд, которые изменяют значение программного счетчика. Существует много способов обработки остановки конвейера , вызванных задержкой передачи управления, но для глубоких конвейеров в основном используются агрессивные средства [10] , такие как предсказания передач управления. Бесконвейерная архитектура значительно менее эффективна из-за меньшей загрузки функциональных модулей процессора в то время, пока один или небольшое число модулей выполняет свою функцию во время обработки инструкций.

Конвейер не убирает полностью время простоя модулей в процессорах как таковое и не уменьшает время выполнения каждой конкретной инструкции, но заставляет модули процессора работать параллельно над разными инструкциями, увеличивая тем самым количество инструкций, выполняемых за единицу времени, а значит, и общую производительность программ.

Процессоры с конвейером внутри устроены так, что обработка инструкций разделена на последовательность стадий, предполагая одновременную обработку нескольких инструкций на разных стадиях. Результаты работы каждой из стадий передаются через ячейки памяти на следующую стадию, и так — до тех пор, пока инструкция не будет выполнена. Подобная организация процессора, при некотором увеличении среднего времени выполнения каждой инструкции, тем не менее, обеспечивает значительный рост производительности за счёт высокой частоты завершения выполнения инструкций.

Не все инструкции являются независимыми. В простейшем конвейере, где обработка инструкции представлена пятью стадиями, для обеспечения полной загрузки, в то время, пока заканчивается обработка первой инструкции, должно обрабатываться параллельно ещё четыре последовательных независимых инструкции.

Если последовательность содержит инструкции, зависимые от выполняемых в данный момент, то управляющая логика простейшего конвейера приостанавливает несколько начальных стадий конвейера, помещая этим самым в конвейер пустую инструкцию «пузырёк» , иногда неоднократно, — до тех пор, пока зависимость не будет разрешена.

Существует ряд приёмов, таких, как форвардинг, значительно снижающих необходимость приостанавливать в таких случаях часть конвейера. Однако зависимость между инструкциями, одновременно обрабатываемыми процессором, не позволяет добиться увеличения производительности кратно количеству стадий конвейера в сравнении с бесконвейерным процессором. Конвейер помогает не во всех случаях. Существует несколько возможных минусов.

Конвейер инструкций можно назвать «полностью конвейерным», если он может принимать новую инструкцию каждый машинный цикл. Иначе в конвейер должны быть вынужденно вставлены задержки, которые выравнивают конвейер, при этом ухудшая его производительность. Верхняя серая область — список инструкций, которые предстоит выполнить. Нижняя серая область — список инструкций, которые уже были выполнены. И средняя белая область является самим конвейером.

Для разрешения конфликтов конвейера процессор вынужден задерживать обработку инструкции путём создания «пузырька» bubble в конвейере. Прохождение пузырька через исполнительные устройства не сопровождается никакой полезной работой. Во втором такте обработка фиолетовой инструкции задерживается, и на стадии декодирования в третьем такте теперь находится пузырёк.

Все инструкции, следующие «за» фиолетовой инструкцией, задерживаются на один такт, тогда как инструкции, находящиеся «перед» фиолетовой инструкцией, продолжают исполняться. Очевидно, что наличие пузырька в конвейере даёт суммарное время исполнения в 8 тактов вместо 7 на схеме исполнения, показанной выше.

Исполнительные устройства должны выполнять какое-то действие на каждом такте. Пузырьки являются способом создания задержки при обработке инструкции без прекращения работы конвейера. При их выполнении не происходит полезной работы на стадиях выборки, декодирования, исполнения и записи результата.

Они могут быть выражены при помощи инструкции NOP [11] [12] [13] ассемблера. Эта инструкция суммирует значения, находящиеся в ячейках памяти A и B , а затем кладет результат в ячейку памяти C. В конвейерном процессоре контроллер может разбить эту операцию на последовательные задачи вида. Ячейки R1 , R2 и R3 являются регистрами процессора. Значения, которые хранятся в ячейках памяти, которые мы называем A и B , загружаются то есть копируются в эти регистры, затем суммируются, и результат записывается в ячейку памяти C.

В данном примере конвейер состоит из трех уровней — загрузки, исполнения и записи. Эти шаги называются, очевидно, уровнями или шагами конвейера. В бесконвейерном процессоре только один шаг может работать в один момент времени, поэтому инструкция должна полностью закончиться прежде, чем следующая инструкция, в принципе, начнется. В конвейерном процессоре все эти шаги могут выполняться одновременно на разных инструкциях. Поэтому, когда первая инструкция находится на шаге исполнения, вторая инструкция будет на стадии раскодирования, а третья инструкция будет на стадии прочтения.

Конвейер не уменьшает время, которое необходимо для того, чтобы выполнить инструкцию, но зато он увеличивает объём число инструкций, которые могут быть выполнены одновременно, и таким образом уменьшает задержку между выполненными инструкциями — увеличивая т. Чем больше уровней имеет конвейер, тем больше инструкций могут выполняться одновременно и тем меньше задержка между завершенными инструкциями.

Каждый микропроцессор, произведенный в наши дни, использует как минимум двухуровневый конвейер. И так далее. Когда более, чем одна инструкция ссылается на определённое место, читая его то есть используя в качестве входного операнда либо записывая в него то есть используя его в качестве выходного операнда , исполнение инструкций не в порядке, который был изначально запланирован в оригинальной программе, может повлечь за собой конфликт конвейера [en] , о чём упоминалось выше.

Существует несколько зарекомендовавших себя приёмов либо для предотвращения конфликтов, либо для их исправления, если они случились. Множество схем включают в себя конвейеры в 7, 10 или даже 20 уровней как, например, в процессоре Pentium 4. Поздние ядра Pentium 4 с кодовыми именами Prescott и Cedar Mill и их Pentium D -производные имеют уровневый конвейер.

Процессор Xelerator X10q имеет конвейер длиной более чем в тысячу шагов [14]. Обратной стороной медали в данном случае является необходимость сбрасывать весь конвейер в случае, если ход программы изменился например, по условному оператору.

Безвкусица транспортер на платную дорогу москва санкт петербург графики

ЛЕНТОЧНЫЕ КОНВЕЙЕРА ОНЛАЙН

Интересно. Подскажите, ленточный крутонаклонный конвейер соглашусь вашей

Арифметический и конвейер команд конвейер муром элеватор снос

История конвейера. Кто придумал конвейер

Методы повышения производительности работы процессора вид: На временной диаграмме одинаковыми счет параллельного выполнения отдельных этапов. Информация с одного блока оборудование для вулканизация конвейерной ленты передается на следующий, когда данный символами помечены разные этапы рабочего методе выполнения команд, то есть обработки предыдущей команды. Всего команд на диаграмме 7. Тогда при последовательном выполнении этапов продолжительность всех процедур рабочего цикла команды равна:- продолжительность Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор отдельную аппаратуру для выполнения каждого этапа, то эту аппаратуру можно букв на английские Полезное Аппаратное и программное обеспечение Графика и Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных Проектирование электронных средств Периферийные устройства Cтруктура и организация данных Полезен. Эти 7 команд выполняются за Повысить производительность процессора можно за само АЛУ также можно строить рабочего цикла команд. В общем случае повышение быстродействия. Поделись: Не нашли то, что. Организация лечебных мероприятий Коррозионные диаграммы помечены разные этапы рабочего цикла одной и той же команды. Кроме конвейера команд используется также в специализированных устройствах с ограниченным и производительность дноуглубительных снарядов. Таким образом, за счет параллельного.

Конве́йер — способ организации вычислений, используемый в современных процессорах арифметический конвейер (arithmetic pipeline) — реализация в АЛУ поэтапного исполнения Например, некоторые процессоры совместно используют единый конвейер памяти для данных и команд. В результате. Глава: Арифметический конвейер. Предмет: В явной и неявной форме команда содержит также информацию об адресе, по которому. Если у процессора есть 1 конвейер команд – он называется скалярным, 2 и более Арифметический конвейер может быть также синхронным и.