Конвейрная и суперскалярная обработка

30. Конвейрная и суперскалярная обработка

Разработчики архитектуры компьютеров издавна прибегали к методам проектирования, известным под общим названием "совмещение операций", при котором аппаратура компьютера в любой момент времени выполняет одновременно более одной базовой операции. Этот общий метод включает два понятия: параллелизм и конвейеризацию. Хотя у них много общего и их зачастую трудно различать на практике, эти термины отражают два совершенно различных подхода. При параллелизме совмещение операций достигается путем воспроизведения в нескольких копиях аппаратной структуры. Высокая производительность достигается за счет одновременной работы всех элементов структур, осуществляющих решение различных частей задачи.

Конвейеризация (или конвейерная обработка) в общем случае основана на разделении подлежащей исполнению функции на более мелкие части, называемые ступенями, и выделении для каждой из них отдельного блока аппаратуры. Так обработку любой машинной команды можно разделить на несколько этапов (несколько ступеней), организовав передачу данных от одного этапа к следующему. При этом конвейерную обработку можно использовать для совмещения этапов выполнения разных команд. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько команд. Конвейерная обработка такого рода широко применяется во всех современных быстродействующих процессорах.

Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. В действительности, она даже несколько увеличивает время выполнения каждой команды из-за накладных расходов, связанных с управлением регистровыми станциями. Однако увеличение пропускной способности означает, что программа будет выполняться быстрее по сравнению с простой неконвейерной схемой.

31 Принципы управления внешними устройствами. Понятие интерфейса ввода-вывода

Производительность ЭВМ определяется:

1) Возможностями процессора (МГц) 2) емкостью ОЗУ

3) техническими данными устройств периферии 4) способом организации взаимодействия устройств с ЭВМ.

Особенности, которые надо учесть при разработке УВВ:

1) Возможность реализации машин с переменным составом оборудования

2) Возможность одновременной работы процессора по заданной программе и выполнения перифириыйными устройствами процедур ввода-вывода.

3) Необходимость упростить операции ввода-вывода

4) Обеспечение возможности автоматического распознавания ситуаций в перифирийных устройствах.

Три вида средств для обеспечения интерфейса:

1) специальные управляющие сигналы и их последовательности

2) устройства сопряжения

3) физическая среда передачи данных (каналы связи)

4) программы, реализующие обмен данными.

Интерфейс – комплекс линий и шин, сигналов, электр. схем, алгоритмов и программ.

32. Типы интерфейсов

Деление в зависимости от типов соединяющих устройств. Различают:

1) внутренний интерфейс (системная шина, и т.п.)

2) интерфейс ввода-вывода (сопряжение с внешними устройствами)

3) интерфейсы межмашинного обмена (вычислительные сети)

4) интерфейса человек-машина.

33. Управление обменом данными

Классифицируется на основе участия ЦП в обмене.

Три способа управления обменом:

1) режим сканирования/асинхронный обмен

2) синхронный обмен

3) прямой доступ к памяти (DMA или ПДП)

1. Асинхронный режим. Суть: Опрос ЦП-ом перифирийного устройства. Такой режим снижает производительность ЭВМ. При большом быстродействии перифирийного устройства процессор может не успеть организовать обмен данными.

2. Синхронный режим. Процессор выполняет основную роль по организации обмена. Но когда устройство занято, то он выполняет другие операции. При наступлении сбоя – вызов прерывания.

3. DMA. Установка связи и передача данных между основной памятью и внешними устройствами – контроллер прямого доступа к памяти. Программирование DMA-контроллера: 1) В него передаются адреса основной памяти и количество передаваемых данных

2) ЦП от DMA-контроллера отключается, и может выполнять другую работу

3) Об окончании обмена контроллер сообщает процессору.

ПДП обеспечивает выполнение следующих функций: 1) освобождение процессора от управления операциями ввода-выводаю 2) позволяет параллельно организовать выполнение программы и ввод-вывод.

34. Понятие подхода открытых систем. Свойства открытых систем

Открытые системы – основа развития информационных технологий сегодня. ОС – это система, которая состоит из компонент, взаимодействующих через стандартные интерфейсы. Общие свойства ОС: 1) Расширяемость/масштабируемость 2) portability/мобильность

3) interoperability (способность взаимодействия с другими системами)

4) driveability – легкость управления

Похожие работы

Архитектуре ЭВМ

Скачать

53041

0

0

... на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10 -1000 компонентов на кристалл). Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. Быстродействие (операций в секунду) порядка 1 млн ...

Архитектура ЭВМ БЭСМ-6

Скачать

25469

0

2

... это делать. Буфера адресов позволяют в конечном итоге сгладить неравномерность поступления запросов к памяти и тем самым повысить эффективность ее использования. Третьей структурной особенностью БЭСМ-6 является метод использования сверхоперативной, неадресуемой из программы памяти небольшого объема, цель которого≈автоматическая экономия обращений к основному оперативному запоминающему ...

Архитектура ЭВМ и вычислительных систем

Скачать

7278

5

1

... процессоры, входящие в состав периферийных устройств). В многомашинной вычислительной системе несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеет общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы ...

Архитектура и основные компоненты персонального компьютера

Скачать

31507

0

2

... пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечения для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в ...