программа конвейер процессор

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.

Программа конвейер процессор транспортеры прайс

Программа конвейер процессор

Начиная с 5-го поколения, в процессорах появился двойной конвейер - U основной и V дополнительный. Основной конвейер выполняет все команды, а дополнительный - ряд наиболее распространенных инструкций. При этом становится возможным выполнять, в среднем, более одной команды за такт.

Процессор, имеющий в своем составе два и более конвейера, называется суперскалярным. Введение нескольких конвейеров значительно повышает производительность процессора без увеличения частоты. Установка конвейеров в процессорах вызвала появление еще одного очень важного модуля - блока предсказания переходов.

О том, зачем он понадобился и как бы без него было "нехорошо", мы поговорим в следующий раз. Перейти к основному содержанию. Архив газеты. Зачем процессору конвейер. Заметили ошибку? Хороший цикл. Сейчас не часто встретишь хорошие статьи в компьютерной прессе. Большинство ориентируется на users, but not Advanced Users! Так держать :. Оба процессора в отношении целочисленных конвейров имеют суперскалярную архитектуру.

FPU в обойх процессорах конвейерного типа. Правильно настраиваем Google Play на своем смартфоне. Влияние пандемии на рынок мобильных приложений и геймификация в финтехе. Репортаж с конференции Career Day И на каникулах — учиться. Как прошёл первый IT-Camp по разработке игр под Минском. Как избавиться от привычек, которые портят код.

Мы в Telegram. Горячие темы Чем на самом деле занимаются айтишники? Результаты опроса. Как создать свое первое приложение для Android. Пошаговая инструкция для новичков. В Беларуси предлагается разрешить ОАЦ отключать интернет. Execute , которые затем стали общеупотребительными. Многие современные процессоры управляются тактовым генератором.

Процессор внутри состоит из логических элементов и ячеек памяти — триггеров. Когда приходит сигнал от тактового генератора, триггеры приобретают своё новое значение, и «логике» требуется некоторое время для декодирования новых значений. Затем приходит следующий сигнал от тактового генератора, триггеры принимают новые значения, и так далее. Разбивая последовательности логических элементов на более короткие и помещая триггеры между этими короткими последовательностями, уменьшают время, необходимое логике для обработки сигналов.

В этом случае длительность одного такта процессора может быть соответственно уменьшена. 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.

ПРОДАМ ТРАНСПОРТЕР Т 5

В этом случае длительность одного такта процессора может быть соответственно уменьшена. Например, простейший конвейер RISC-процессоров можно представить пятью стадиями с наборами триггеров между стадиями:. Ситуации, называемые конфликтами конвейера 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.

Структурные конфликты возникают из-за конфликтов ресурсов, когда аппаратура не может поддерживать все возможные комбинации одновременно выполняемых команд. 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. 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, 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 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, 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. 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. Обратной стороной медали в данном случае является необходимость сбрасывать весь конвейер в случае, если ход программы изменился например, по условному оператору. Эту проблему пытаются решать предсказатели переходов. Предсказание переходов само по себе может только усугубить ситуацию, если предсказание производится плохо. В некоторых областях применения, таких, как вычисления на суперкомпьютерах, программы специально пишутся так, чтобы как можно реже использовать условные операторы, поэтому очень длинные конвейеры весьма позитивно скажутся на общей скорости вычислений, так как длинные конвейеры проектируются так, чтобы уменьшить CPI количество тактов на инструкцию.

Если ветвление происходит постоянно, перестановка машинных инструкций таким образом, чтобы те инструкции, которые, скорее всего, понадобятся, были размещены в конвейере, может значительно уменьшить потери скорости по сравнению с необходимостью каждый раз полностью сбрасывать конвейер. Программы типа gcov могут использоваться для того, чтобы определять, как часто отдельные ветки исполняются на самом деле, используя технологию, известную как анализ покрытия кода англ. Высокая пропускная способность конвейеров приводит к уменьшению производительности в случае, если в исполняемом коде содержится много условных переходов: процессор не знает, откуда читать следующую инструкцию, и поэтому вынужден ждать, когда закончится инструкция условного перехода, оставляя за ней пустой конвейер.

После того, как ветка будет пройдена и станет известно, куда процессору необходимо переходить в дальнейшем, следующая инструкция должна будет пройти весь путь через конвейер перед тем, как результат становится доступным и процессор снова "работает".

В крайнем случае, производительность конвейерного процессора может теоретически упасть до производительности бесконвейерного, или даже быть хуже за счёт того, что будет занят только один уровень конвейера и между уровнями присутствует небольшая задержка.

Если процессор оснащён конвейером, код, читаемый из памяти, не выполняется сразу, а помещается в очередь предвыборки, prefetch input queue. Если код, содержащийся в памяти, будет изменён, код, содержащийся в очереди конвейера, останется прежним. Также не изменятся инструкции, находящиеся в кэше инструкций. Стоит учитывать, что данная проблема характерна только для самомодифицирующихся программ и упаковщиков исполняемых файлов. Facebook VKontakte mail.

Из чего состоит центральный процессор? Структурные конфликты конвейера. Расчет производительности ограниченных вычислительных. Расписание работы конвейера программирование. Множественной волны вычислений. Вычислительный конвейер.

Суть конвейерного способа производства состоит в разбиении технологической цепочки изготовления некоего продукта на. Конвейер в компьютере. Ковалев А. Производительность генераторов изображений с. Вычислительный конвейер свободная. Производство металлических вычислить несмышленой.

Итак, архитектура Zen 2 принесёт улучшенный вычислительный конвейер, улучшенный предсказатель ветвлений, расширенные. В случае вычислительного конвейера латент ность, как и скважность, измеряется в тактах рабочей частоты. Наконец, конвейер может содержать не. Вычислительные сети, теория и практика. Таким образом долгие операции не блокируют быстрые и последствия ступора конвейера уже не так печальны.

OOO ядро Pentium Pro имело шесть исполнительных блоков: два для работы с целыми числами, один для чисел с плавающей точкой, загрузочный блок, блок сохранения адресов и блок сохранения данных. Два целочисленных блока были специализированы, один мог работать со сложными операциями, другой мог обрабатывать две простые операции за раз.

В идеальных условиях исполнительные блоки Pentium Pro могли обрабатывать семь микроопераций за такт. Сегодняшнее OOO ядро также содержит шесть исполнительных блоков. Оно до сих пор содержит блоки загрузки адреса, сохранения адреса и сохранения данных. Однако остальные три немного изменились. Каждый из трех блоков теперь может выполнять простые математические операции или более сложную микрооперацию. Каждый из трех блоков специализирован для конкретных микроопераций, позволяя выполнять работу быстрее, по сравнению с блоками общего назначения.

В идеальных условиях нынешнее OOO ядро может обрабатывать 11 микроопераций за такт. Наконец микрооперация начинает выполняться. Она проходит через более мелкие этапы отличающиеся между процессорами и проходит этап отставки. В этот момент микрооперация возвращается во внешний мир и IP начинает указывать на следующую инструкцию. С точки зрения программы, инструкция просто входит в процессор и выходит с другой стороны, точно так же, как это было со старым Если вы внимательно читали статью, вы возможно могли заметить очень важную проблему в описании выше.

Что произойдет в случае смены места исполнения? Например, что произойдет, если код доходит до if или switch конструкции? В более старых процессорах это значило сброс всей работы в суперскалярном конвейере и ожидание начала обработки новой ветки исполнения. Ступор конвейера, когда в процессоре находится сотня или более инструкций очень серьезно сказывается на производительности. Каждая инструкция вынуждена ждать, пока инструкции с нового адреса будут загружены и конвейер будет перезапущен.

В этой ситуации OOO ядро должно отменить всю текущую работу, откатиться до предыдущего состояния, подождать, пока все микрооперации пройдут отставку, отбросить их вместе с результатами и затем продолжить работу по новому адресу.

Эта проблема была очень серьёзной и часто случалась при проектировании. Показатели производительности в такой ситуации были неприемлемы для инженеров. Именно здесь приходит на помощь еще одна важная особенность OOO ядра. Их ответ был — упреждающее выполнение. Упреждающее выполнение означает, что когда OOO ядро встречает в коде условные конструкции например if блок , оно просто загрузит и выполнит две ветки кода. Как только ядро понимает, какая ветка верная, результаты второй будут сброшены.

Это предотвращает ступор конвейера ценой незначительных издержек на запуск кода в неверной ветке. Также был добавлен кэш для предсказания ветвления branch prediction cache , который намного улучшил результаты в ситуациях, когда ядро было вынуждено прогнозировать среди множества условных переходов.

Ступоры конвейера до сих пор встречаются из-за ветвления, однако это решение позволило сделать их редким исключением, нежели обычным явлением. Процессор с HT получает два виртуальных процессора, которые взамен поставляют больше данных OOO ядру, что дает увеличение производительности при обычном пользовании. Лишь некоторые тяжелые вычислительные нагрузки, оптимизированные под многопроцессорные системы, могут полностью загрузить OOO ядро. В этом случае HT может несколько понизить производительность.

Однако такие нагрузки относительно редки. Для потребителя HT обычно позволяет увеличивать скорость работы примерно вдвое при обычном ежедневном пользовании компьютером. Пример Всё это может показаться немного запутанным. Надеюсь, пример расставит всё на свои места. С точки зрения приложения, мы все ещё работаем на вычислительном конвейере старого Это чёрный ящик.

Инструкция, на которую указывает IP, обрабатывается этим ящиком, и, когда инструкция выходит из него, результаты уже отображены в памяти. Хотя с точки зрения инструкции, этот чёрный ящик то ещё приключение. Ниже приводится путь, который совершает инструкция в современном процессоре Поехали, вы — инструкция в программе, и эта программа запускается.

Вы терпеливо ждете, пока IP начнет указывать на вас для последующей обработки. Когда IP указывает примерно за 4кб до вашего расположения, или за инструкций, вы перемещаетесь в кэш инструкций. Загрузка в кэш занимает некоторое время, но это не страшно, так как вы ещё нескоро будете запущены. Эта предзагрузка prefetch является частью первого этапа конвейера.

Тем временем IP указывает всё ближе и ближе к вам, и, когда он начинает указывать за 24 инструкции до вас, вы и пять соседних команд отправляетесь в очередь инструкций instruction queue. Этот процессор имеет четыре декодера, которые могут вмещать одну сложную команду и до трёх простых. Так случилось, что вы сложная инструкция и были декодированы в четыре микрооперации.

Декодирование — это многоуровневый процесс. Часть декодирования включает в себя анализ на предмет требуемых вами данных и вероятность перехода в какое-то новое место. Декодер зафиксировал потребность в дополнительных данных. Без вашего участия, где-то на другом конце компьютера, нужные вам данные начинают загрузку в кэш данных. Ваши четыре микрооперации подходят к таблице псевдонимов регистров. Ваши микрооперации входят в ROB, откуда, при первой же возможности, двигаются в резервацию. Резервация содержит инструкции, готовые к исполнению.

Ваша третья микрооперация немедленно подхватывается пятым портом исполнения. Вам не известно, почему она была выбрана первой, но её уже нет. Через несколько тактов ваша первая микрооперация устремляется во второй порт, блок загрузки адресов. Оставшиеся микрооперации ждут, пока различные порты подхватывают другие микрооперации.

Они ждут, пока второй порт загружает данные из кэша данных во временные слоты памяти. Долго ждут… Очень долго ждут… Другие инструкции приходят и уходят, в то время как ваши микрооперации ждут своего друга, пока тот загружает нужные данные.

Хорошо, что этот процессор знает как обрабатывать их внеочерёдно. Внезапно, обе оставшиеся микрооперации подхватываются нулевым и первым портом, должно быть загрузка данных завершена. Все микрооперации запущены и со временем они вновь встречаются в резервации. По пути обратно через ворота, микрооперации передают свои билеты с временными адресами.

Микрооперации собираются и объединяются, и вы вновь, как инструкция, чувствуете себя единым целым. Процессор вручает вам ваш результат и вежливо направляет к выходу. Вы даже стоите в том же порядке. Получается, что OOO ядро действительно знает своё дело.

Со стороны выглядит так, что каждая выходящая из процессора команда выходит по одной, точно в таком же порядке, в каком IP указывал на них. Заключение Надеюсь, что эта маленькая лекция пролила немного света на то, что происходит внутри процессора.

Как видите, здесь нет магии, дыма и зеркал. Теперь мы можем ответить на вопросы, заданные в начале статьи. Так что же происходит внутри процессора? Это сложный мир, где инструкции разбиваются на микрооперации, обрабатываются при первой же возможности и в любом порядке, и вновь собираются воедино, сохраняя свой порядок и расположение. Для внешнего мира выглядит так, будто они обрабатываются последовательно и независимо друг от друга.

Но мы теперь знаем, что на самом деле, они обрабатываются внеочерёдно, иногда даже предсказывая и запуская вероятные ветки кода. Тогда как в бесконвейерном мире для этого имелся хороший ответ, в современном же процессоре всё зависит от того какие инструкции находятся рядом, какой размер соседних кэшей и что в них находится. Есть минимальное время прохождения команды через процессор, но эта величина практически постоянна.

Хороший программист или оптимизирующий компилятор может заставить множество инструкций исполняться за среднее время близкое к нулю. Среднее время близкое к нулю — это не время исполнения самой медленной инструкции, а время, требуемое для прохождения инструкции через OOO ядро и время, требуемое кэшу для загрузки и выгрузки данных. Это значит, что больше инструкций за раз могут быть приглашены на вечеринку. Когда все идет по плану, OOO ядро постоянно загружено и пропускная способность процессора просто впечатляет.

К сожалению, это так же значит, что ступор конвейера перерастает из мелкой неприятности, как это было раньше, в кошмар, так как сотни команд будут вынуждены ожидать очистки конвейера. Как вы можете применить эти знания в своих программах? Хорошие новости — процессор может предугадать большинство распространённых шаблонов кода, и компиляторы оптимизируют код для OOO ядра уже почти два десятилетия.

Процессор лучше всего работает с упорядоченными инструкциями и данными. Всегда пишите простой код. Простой и не извилистый код поможет оптимизатору компилятора найти и ускорить результаты. Если возможно, не создавайте переходы по коду. Если вам необходимо совершать переходы, пытайтесь делать это, следуя определенному шаблону.

Сложные дизайны, наподобие динамических таблиц переходов, выглядят классно и многое могут, но ни компилятор, ни процессор, не смогут спрогнозировать какой кусок кода будет выполняться в следующий момент времени. Поэтому сложный код с большой вероятностью будет провоцировать ступоры и неверные предсказания ветвления. Напротив, поддерживайте ваши данные простыми. Организуйте данные упорядоченно, связанно и последовательно для предотвращения ступоров.

Правильный выбор структуры и разметки данных может заметно сказаться на повышении производительности. До тех пор, пока ваши данные и код остаются простыми, вы обычно можете положиться на работу оптимизирующего компилятора.

Спасибо, что были частью этого путешествия. Оригинал — www. Укажите причину минуса, чтобы автор поработал над ошибками. Реклама Баннер исчез, но на прощание оставил коллекцию по работе с продуктами от Microsoft Посмотреть. Читают сейчас. Показания загруженности процессора в диспетчере задач ни о чем на самом деле не говорят 1,7k 5. Редакторский дайджест Присылаем лучшие статьи раз в месяц Скоро на этот адрес придет письмо. Максим Перепелицын mperepelitsyn. Платежная система.

Похожие публикации. Реклама AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут Подробнее. Минуточку внимания. На практике HT увеличивает производительность примерно в 1. Java кстати на эти «липовые» ядра вообще почти не ведётся.

Но на халяву и такой результат сгодится. Ну, я смотрел на чистую математику, то есть рассчёт чистой вычислительной задаче с идеальным по алгоритму параллелизмом. Алсо, а java на увеличение числа ядер «ведётся» в принципе? Некоторые вещи вообще плохо масштабируются. Видимо виртуальной машине эти виртуальные ядра безразличны, или она и так всё возможное выжимает из железа и эти «так называемые» ядра не представляют собой какие-то реально свободные ресурсы железа.

В остальном для java график роста производительности от числа ядер наиболее логарифмически красивый если сравнивать с другими приложениями jvm реализована без gil — и работает вполне корректно. This series of tests was again carried out on the Intel Core i7 «Gulftown» system with its six physical cores plus Hyper Threading to provide a total count of 12 threads.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь. Давайте обобщим: «чертовски здорово не думать, пусть оно само работает». А не надо подобных обощений. Абстракции позволяют программисту сконцетрироваться на задаче, которую ему надо выполнить. И если это — задача, например, обработки данных, то ему определенно по крайней мере, на первом этапе незачем задумываться о том, что делает железо понятно, что это очень важно для оптимизации в дальнейшем. Художник же не задумывается, как работают белки в мышцах его рук, когда пишет картину.

Тут то же самое. Почему не надо? Если что-то работает само без усилий со стороны человека — что в этом плохого-то? Плохое может быть в том, что медленно работает. Но тут уже что именно делать с этим — от задачи зависит. Хорошая статья. Интересовался этим когда учился в институте. Было приятно освежить свою память. В документации которую я читал в прошлом, сброс конвеера был очень большой проблемой, и резко снижал производительность.

Насколько вижу сейчас, вопрос решили довольно эффективно. Кеш там был только в поздних вариантах от сторонних производителей, и не в м…. А если учесть, что в L1I кеше хранятся уже декодированные инструкции, этот параметр становится уже не так актуален Так было в NetBurst P4. В Core это убрали, и L1I хранит обычный x86 код. И затем добавили в виде L0-кеша в Sandy Bridge, в который влезает декодированный инструкций. Он не называется L0. С другой стороны также много примеров когда его не хватает.

Я бы вообще обязал в начале всех переводных статей писать хотя бы одно предложение наподобие: «Перед вами перевод статьи из блога великого математика, программиста и инженера-микроархитектора интел Джона Джоновича об архитектуре xсовместимых процессоров». Это сразу бы снимало все комментарии и вопросы об авторстве, переводстве и проч. А то — то значок ищи, то ссылку, то еще что. А так — сразу, всё, и ясно. Вовсе нет: значка в заголовке вполне достаточно, он уже вверху статьи и его не надо искать.

Точно не помню, но вроде бы в RSS его нет. В RSS к заголовку добавляют "[Перевод]" в начале. Не заметить сложно. Нет, недостаточно. Потому что если материал добротный и хочется еще чего-нибудь почитать от автора не переводчика. Сейчас я это решаю только вопросом в личку, но не всегда отвечают быстро как хотелось бы. Ссылки на оригинал внизу текста недостаточно? Непосредственно рядом со ссылкой на переводчика.

По данным Agner Fog How good is hyperthreading? The entire pipeline of the Nehalem-based processor core is set up to recognize 2 separate streams of instructions one for each hardware thread. All the resources in the pipeline are either shared or duplicated amongst the 2 hardware threads. When both threads are decoding instructions simultaneously, the streaming buffers alternate between threads so that both threads share the same decoder logic.

The decode logic has to keep two copies of all the state needed to decode IA instructions for the two logical processors even though it only decodes instructions for one logical processor at a time. In general, several instructions are decoded for one logical processor before switching to the other logical processor.

The decision to do a coarser level of granularity in switching between logical processors was made in the interest of die size and to reduce complexity. Ссылаться на NetBurst P4 скользкий путь. Это тупиковая ветвь микроархитектуры, с появлением Core который потомок Pentium M ушла в утиль.

У того же Fog прекрасно написано как работает HT в новых микроархитектурах — что продублировано, что шарится поровну, а что шарится «competitively». Нет, она нужна, чтобы явно «развязать» инструкции, использующие одни и те же регистры для хранения разных величин.

Считаю, т четыре транспортер считаю, что

Кого-то майский элеватор привед

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 англ.

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 [6]. Обратной стороной медали в данном случае является необходимость сбрасывать весь конвейер в случае, если ход программы изменился например, по условному оператору. Эту проблему пытаются решатьпредсказатели переходов.

Предсказание переходов само по себе может только усугубить ситуацию, если предсказание производится плохо. В некоторых областях применения, таких, как вычисления на суперкомпьютерах, программы специально пишутся так, чтобы как можно реже использовать условные операторы, поэтому очень длинные конвейеры весьма позитивно скажутся на общей скорости вычислений, так как длинные конвейеры проектируются так, чтобы уменьшить CPI англ.

Если ветвление происходит постоянно, перестановка машинных инструкций таким образом, чтобы те инструкции, которые, скорее всего, понадобятся, были размещены в конвейере, может значительно уменьшить потери скорости по сравнению с необходимостью каждый раз полностью сбрасывать конвейер. Некоторые программы могут использоваться для того, чтобы определять, как часто отдельные ветки исполняются на самом деле, используя технологию, известную как анализ покрытия кода англ.

Высокая пропускная способность конвейеров приводит к уменьшению производительности в случае, если в исполняемом коде содержится много условных переходов: процессор не знает, откуда читать следующую инструкцию, и поэтому вынужден ждать, когда закончится инструкция условного перехода, оставляя за ней пустой конвейер.

После того, как ветка будет пройдена и станет известно, куда процессору необходимо переходить в дальнейшем, следующая инструкция должна будет пройти весь путь через конвейер перед тем, как результат становится доступным и процессор снова «работает». В крайнем случае, производительность конвейерного процессора может теоретически упасть до производительности бесконвейерного, или даже быть хуже за счёт того, что будет занят только один уровень конвейера и между уровнями присутствует небольшая задержка.

Если процессор оснащён конвейером, код, читаемый из памяти, не выполняется сразу, а помещается в очередь очередь предвыборки, prefetch input queue. Если код, содержащийся в памяти, будет изменён, код, содержащийся очереди конвейера, останется прежним. Также не изменятся инструкции, находящиеся в кэше инструкций. Стоит учитывать, что данная проблема характерна только для самомодифицирующихся программ и упаковщиков исполняемых файлов. Raъl Rojas. The First Computers: History and Architectures.

MIT Press, I SBN Harvey G. Memory Systems and Pipelined Processors. Jones and Bartlett Learning, ISBN Влияние длины конвейера. Структура процессора Pentium, суперскалярность, основные особенности архитектуры. Организация конвейера команд, правила объединения. Дополнительные режимы работы процессора. Источники аппаратных прерываний. Формат ММХ команды. Процессор Pentium 4, схемы. Система компьютерной обработки данных для сбора, систематизации, статистической обработки, анализа результатов учебного процесса за четверть, полугодие, год.

Модуль обработки данных о качестве обучения, итогов успеваемости и данных о движении учащихся. Микропроцессоры с архитектурой Complex Instruction Set Computers. Развитие архитектуры IA в семействе Pentium. Параллельные конвейеры обработки. Усовершенствованный блок вычисления с плавающей точкой. Технология динамического предсказания ветвлений. Режимы компьютерной обработки данных. Централизованный, децентрализованный, распределенный и интегрированный способы обработки данных. Средства обработки информации.

Типы ведения диалога, пользовательский интерфейс. Табличный процессор MS Excel. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик. Исследование узла коммутации пакетов данных, обработки пакетов в процессоре, буферизации и передачи по выходной линии. Определение коэффициента загрузки процессора. Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.

Рекомендуем скачать работу. Главная Коллекция "Revolution" Программирование, компьютеры и кибернетика Конвейерный процессор. Разделение обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой стадии. Рассмотрение принципов работы тактового генератора. Определение преимуществ и недостатков бесконвейерной архитектуры.

Register write back -- запись в регистр. Тактовый генератор Многие современные процессоры управляются тактовым генератором. Например, простейший конвейер RISC-процессоров можно представить пятью стадиями с наборами триггеров между стадиями: 1. Instruction Fetch ; 2. Register fetch ; 3. Execute ; 4. Memory access ; 5. Register write back. Конфликт конвейера При написании кода на языке ассемблера либо при разработке компилятора, генерирующего последовательность инструкций делается предположение о том, что выполнение каждой инструкции закончено до начала выполнения следующей инструкции.

Бесконвейерная архитектура компьютерный архитектура тактовый конвейерный 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. Преимущества и недостатки Конвейер помогает не во всех случаях. Преимущества: 1. Недостатки: 1. Примеры Общий конвейер Общий четырёхуровневых конвейер; цветные квадраты символизируют независимые друг от друга инструкции Справа изображён общий конвейер с четырьмя стадиями работы: 1.

Получение англ. Вычислительный конвейер — У этого термина существуют и другие значения, см. Конвейер способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью повышения их производительности увеличения числа инструкций,… … Википедия. Reduced Instruction Set Computing вычисления с сокращённым набором команд. Это концепция проектирования процессоров, которая во главу ставит следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее.

Простая… … Википедия. Графические процессоры — Графический процессор англ. Graphics Proccesing Unit, GPU отдельное устройство персонального компьютера или игровой приставки, выполняющее графический рендеринг. Современные графические процессоры очень эффективно обрабатывают и изображают… … Википедия. ARM архитектура — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей.

У этого термина существуют и другие значения, см. ARM … Википедия. Конвейер процессоры. Простой пятиуровневый… … Википедия Конвейер процессор — У этого термина существуют и другие значения, см. Intel Celeron socket в пластиковом корпусе PPGA, вид сверху … Википедия Графический конвейер — Графический конвейер аппаратно программный комплекс визуализации трёхмерной графики. Конвейер способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью повышения их производительности увеличения числа инструкций,… … Википедия RISC процессоры — RISC англ.

Простая… … Википедия Графические процессоры — Графический процессор англ. Современные графические процессоры очень эффективно обрабатывают и изображают… … Википедия ARM архитектура — Эту статью следует викифицировать. Книги Архитектуры вычислительных систем , Сергеев Сергей Львович.