Superskalyar xisoblashlar Reja: Kirish. Superskalyar protsessorlar

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.

Xulosa.
Agar protsessor ishlashi paytida quvur liniyasi tomonidan ishlov berilgan bir nechta ko'rsatmalar mustaqil bo'lsa, yadro ularni bir vaqtning o'zida bajarishi mumkin. Superskalyar tizimlarida ijro uchun ko'rsatma berish to'g'risida qaror juda ko'p resurslarni talab qiladigan protsessor yadrosining o'zi tomonidan qabul qilinadi. Keyinchalik Elbrus-3 va Itanium kabi tizimlarda stat rejalashtirish qo'llaniladi, ya'ni kompilyator qaysi ko'rsatmalarni bir vaqtning o'zida bajarilishini hal qiladi; kompilyator mustaqil ko'rsatmalarni topadi va ularni bitta uzun yo'riqnomaga birlashtiradi (VLIW arxitekturasi).

Ko'rsatma dispetcher (ID) deb nomlangan superskalyar protsessor tuguni quyidagilar uchun javobgardir.

• xotiradan ko'rsatmalarni o'qish uchun;

  
  

• ko'rsatmalar bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin bo'lgan qarorlarni qabul qilish uchun;

  
  

• ko'rsatmalarni protsessorning bir nechta funktsional bo'linmalari o'rtasida taqsimlash uchun.

  
  

Tugun identifikatori tugunlar o'rtasida ko'rsatmalarni tarqatishi kerak, shunda tugunlar ishlamay qolmasdan ishlaydi. Birinchi superskalyar protsessorlarida ikkita ALU va bittadan FPU mavjud edi.

Zamonaviy protsessorlarda ko'proq tugun mavjud. Masalan, PowerPC 970 protsessorida to'rtta ALU, ikkita FPU va ikkita SIMD tugun mavjud. Agar tugun identifikatori o'z ishiga dosh berolmasa (barcha tugunlarni ish bilan yuklamasa), superskalyar protsessorining ishlashi skaler protsessorning ishlashidan yaxshiroq bo'lmaydi.
Superskalyar protsessori odatda soat tsikli uchun bir nechta buyruqlarni bajarishga qodir. Shu bilan birga, bir vaqtning o'zida bir nechta ko'rsatmalarni qayta ishlash qobiliyati arxitekturani superskalaga aylantirmaydi, chunki bir vaqtning o'zida boshqa usullar bilan erishish mumkin: quvur liniyasidan foydalanish, bir nechta yadrolardan va / yoki bir nechta protsessorlardan foydalanish.