Конвейер команд - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Конвейер команд. Доклад-сообщение содержит 42 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Конвейер команд

Слайд 2

Описание слайда:

В конструкцию процессора вносят изменения: Обработка команды разделяется на отдельные независимые шаги. Обрабатывающее устройство, прежде выполнявшее эти шаги, разделяется на отдельные, действующие согласованно блоки, каждый и которых выполняет один из шагов. Вводятся специальные буферные запоминающие устройства в качестве посредников между блоками. Это позволяет блоку, закончившему свой шаг, передать результаты в буфер и приступить к следующему заданию.

Слайд 3

Описание слайда:

Конвейер

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Пятиступенчатая схема конвейера Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. Имеются некоторые накладные расходы на конвейеризацию, возникающие в результате несбалансированности задержки на каждой его ступени. Частота синхронизации (такт синхронизации) не может быть выше, чем время, необходимое для работы наиболее медленной ступени конвейера. Конвейер не всегда представляет собой линейную цепочку этапов. В ряде ситуаций оказывается выгодным, когда функциональные блоки соединены между собой не последовательно, а в соответствии с логикой обработки. Отдельные блоки в цепочке могут пропускаться, а другие - образовывать циклические процедуры. Это позволяет с помощью одного конвейера вычислять более одной функции.

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Поток команд - естественная последовательность команд, проходящая по конвейеру процессора. Процессор может поддерживать несколько потоков команд (суперпроцессоры 5 и 6 поколения), если для каждого потока и каждого этапа есть исполнительные элементы. Поток команд - естественная последовательность команд, проходящая по конвейеру процессора. Процессор может поддерживать несколько потоков команд (суперпроцессоры 5 и 6 поколения), если для каждого потока и каждого этапа есть исполнительные элементы. Суперконвейер команд - разбиение каждой ступени на подступени при одновременном увеличении тактовой частоты внутри конвейера; включение в состав процессора многих конвейеров, работающих с перекрытием. Дробление ступеней позволяет поднять тактовые частоты процессора. К суперконвейерным относятся процессоры, в которых число ступеней больше шести (см. таблицу).

Слайд 12

Описание слайда:

Суперконвейер Cуперконвейер ведет не только к увеличению скорости вычислений, но и к возникновению дополнительных сложностей. Возрастает вероятность конфликтов. Дороже встает ошибка предсказания перехода - приходится сбрасывать весь длинный конвейер, на что требуется дополнительное время. Усложняется логика взаимодействия ступеней. Однако за счет использования новых архитектур удается справиться с большинством проблем.

Слайд 13

Описание слайда:

Задержки конвейера Задержка работы устройств – выполнение некоторых шагов более чем за один такт Конфликт по ресурсам Явный конфликт по данным Скрытый конфликт по данным (побочные эффекты)

Слайд 14

Описание слайда:

Задержка работы устройств Выполнение любого из шагов четырёхступенчатого конвейера может затянуться и тогда одна команда задерживает все остальные.

Слайд 15

Описание слайда:

Задержка чтения

Слайд 16

Описание слайда:

Этап декодирования и извлечения операндов также может затянуться.

Слайд 17

Описание слайда:

Выполнение арифметических операций в устройстве Е тоже происходит за разное время. Умножение, а тем более деление требуют нескольких тактов. «Пузырь» продвигается сверху вниз.

Слайд 18

Описание слайда:

На время работы устройств F,D,W большое влияние оказывает эффективное использование кэш памяти. Очень полезное усовершенствование конвейера – увеличение размеров буфера и организация в нём очереди команд. Устройство F, может не считаться с тем, что следующее устройство ещё не закончило работу и не освободило буфер. F вызывает следующую команду и записывает её в конец очереди – упреждающая выборка.

Слайд 19

Описание слайда:

Другие методы: Разработка процессоров с несколькими конвейерами команд Разработка процессоров с такой системой команд, в которой все операции выполняются за равное число тактов (RISC-процессоры) или процессоров с RISC-ядром.

Слайд 20

Описание слайда:

Конфликты по ресурсам

Слайд 21

Описание слайда:

Конфликт при одновременном обращении к регистрам возникает из-за того, что доступ ко всем регистрам происходит через один общий порт Меры по уменьшению: Введение раздельных кэшей данных и команд В процессорах с двумя портами регистров можно одновременно обращаться к двум регистрам Расслоение памяти создаёт возможность одновременного обращения к ячейкам из разных блоков.

Слайд 22

Описание слайда:

Явный конфликт по данным

Слайд 23

Описание слайда:

«Чтение после записи» можно распознать на этапе трансляции программы и предотвратить их. «Чтение после записи» можно распознать на этапе трансляции программы и предотвратить их. Существует два приёма предотвращения конфликтов по данным: Изменение следования команд на такой, при котором команды, имеющие зависимость по данным, не стоят рядом. Вставляет между зависимыми командами одну или более команд NOP – не делающие ничего. После двух команд NOP команда 2 (шаг D4), будет выбирать данные, уже записанные на шаге W1. Этот приём приводит к задержке конвейера на два такта. На две команды удлиняется программа (затраты памяти).

Слайд 24

Описание слайда:

Слайд 25

Описание слайда:

Процессоры распознают конфликт по данным и блокируют работу следующей команды конвейера.

Слайд 26

Описание слайда:

Предположим, команда 1 вычисляет значение переменной, которая должна быть в 2. Устройство D на на третьем такте начинает обрабатывать вторую команду – дешифровать её, формировать адреса и извлекать операнды (D2Н), однако закончить свою работу не может, пока один из операндов не будет записан в память – пока не закончится W1. Поэтому на тракте 4 устройство D простаивает и лишь на 5 заканчивает работу (D2k). Это вызывает появление «пузыря» в команде 3 и задержку остальных команд на 2 такта. Предположим, команда 1 вычисляет значение переменной, которая должна быть в 2. Устройство D на на третьем такте начинает обрабатывать вторую команду – дешифровать её, формировать адреса и извлекать операнды (D2Н), однако закончить свою работу не может, пока один из операндов не будет записан в память – пока не закончится W1. Поэтому на тракте 4 устройство D простаивает и лишь на 5 заканчивает работу (D2k). Это вызывает появление «пузыря» в команде 3 и задержку остальных команд на 2 такта.

Слайд 27

Описание слайда:

Продвижение операндов

Слайд 28

Описание слайда:

Скрытые конфликты по данным.

Слайд 29

Описание слайда:

Некоторые команды могут изменять или использовать содержимое регистров по умолчанию, без явного указания адреса. Может возникнуть скрытый конфликт по данным. Обычно «запись после чтения» или «запись после записи». Они возникают в многоступенчатых конвейерах. Для предотвращения: Отказаться от команд с автоинкрементом/декрементом Отказаться от сложных способов адресации Ввести в команды специальный признак, разрешающий запись в регистр флагов

Слайд 30

Описание слайда:

Передача управления Конфликты по управлению могут вызывать даже большие потери производительности конвейера, чем конфликты по данным. Когда выполняется команда условного перехода, она может либо изменить, либо не изменить значение счетчика команд. Если команда условного перехода заменяет счетчик команд значением адреса, вычисленного в команде, то переход называется выполняемым; в противном случае, он называется невыполняемым

Слайд 31

Описание слайда:

Простейший метод работы с условными переходами заключается в приостановке конвейера как только обнаружена команда условного перехода до тех пор, пока она не достигнет ступени конвейера, которая вычисляет новое значение счетчика команд. Такие приостановки конвейера из-за конфликтов по управлению должны реализовываться иначе, чем при остановки из-за конфликтов по данным, поскольку выборка команды, следующей за командой условного перехода, должна быть выполнена как можно быстрее, как только мы узнаем окончательное направление команды условного перехода. Простейший метод работы с условными переходами заключается в приостановке конвейера как только обнаружена команда условного перехода до тех пор, пока она не достигнет ступени конвейера, которая вычисляет новое значение счетчика команд. Такие приостановки конвейера из-за конфликтов по управлению должны реализовываться иначе, чем при остановки из-за конфликтов по данным, поскольку выборка команды, следующей за командой условного перехода, должна быть выполнена как можно быстрее, как только мы узнаем окончательное направление команды условного перехода.

Слайд 32

Описание слайда:

Предположим, 1 – команда условной передачи управления. После неё или 2, или N. Предположим, 1 – команда условной передачи управления. После неё или 2, или N.

Слайд 33

Описание слайда:

В конвейер загружаются и начинают выполняться команды 2, 3, 4. После 4 выясняется надо ли 5, 6 или N, N+1. Если переход не произойдёт, - конвейер не потеряет такты, произойдёт – потеряет 3 такта. Уже начавшиеся выполнятся команды 2, 3, 4 из ковейера удаляются. В конвейер загружаются и начинают выполняться команды 2, 3, 4. После 4 выясняется надо ли 5, 6 или N, N+1. Если переход не произойдёт, - конвейер не потеряет такты, произойдёт – потеряет 3 такта. Уже начавшиеся выполнятся команды 2, 3, 4 из ковейера удаляются. В более простых вариантах процессора используется технология «отложенного перехода». 2,3,4 – не удаляются (слоты задержки перехода), и за правильность отвечает компилятор. Далее как и в случае конфликтов по данным. В длинных конвейерах слотов задержки больше.

Слайд 34

Описание слайда:

Для уменьшения числа слотов задержки используется приём, аналогичный продвижению операндов: целевой адрес передаётся непосредственно в указатель команд.

Слайд 35

Описание слайда:

Безусловный переход

Слайд 36

Описание слайда:

Branch Target Buffer

Слайд 37

Описание слайда:

Условный переход Существуют две группы методов борьбы с задержками. Параллельное исполнение обеих ветвей алгоритма. Для этого дублируется часть устройств конвейера.

Слайд 38

Описание слайда:

Как только команда условного перехода встретилась, то начинает работать вторая ветвь. Одновременно в первой – следующие за командой перехода. Команды, пришедшие в первой, выталкиваются в общую часть контейнера. Как только команда условного перехода встретилась, то начинает работать вторая ветвь. Одновременно в первой – следующие за командой перехода. Команды, пришедшие в первой, выталкиваются в общую часть контейнера. F- вызов команды D- декодирование команды Общая часть: O- вызов операндов E- вычисление W- запись результата

Слайд 39

Описание слайда:

Слайд 40

Описание слайда:

Недостатки Дорого Если две команды условного перехода идут подряд или очень близко, они попадают в одну из ветвей и конвейер останавливается , пока не решится вопрос с первой командой.