p> 10
1000
420
100
10000
3120
Очевидно, що при досить тривалій роботі конвеєра його швидкодію буде істотно перевищувати швидкодію, що досягається при послідовній обробці команд. Це збільшення буде тим більше, чим менше тривалість такту конвеєра і чим більше кількість виконаних команд. Скорочення тривалості такту досягається, зокрема, розбиттям виконання команди на велике число етапів, кожен з яких включає в себе відносно прості операції і тому може виконуватися за короткий проміжок часу. Так, якщо в процесорі Pentium довжина конвеєра становила 5 ступенів (при максимальній тактовій частоті 200 МГц), то в Pentium-4 - вже 20 ступенів (при максимальній тактовій частоті на сьогоднішній день 3,4 ГГц).
В
2.3 Конфлікти в конвеєрі і способи мінімізації їх впливу на продуктивність процесора
Значна перевага конвеєрної обробки перед послідовної має місце в ідеальному конвеєрі, в якому відсутні конфлікти і всі команди виконуються один за одним без перезавантаження конвеєра. Наявність конфліктів знижує реальну продуктивність конвеєра порівняно з ідеальним випадком.
Конфлікти - це такі ситуації в конвеєрній обробці, які перешкоджають виконанню черговий команди в призначеному для неї такті.
Конфлікти діляться на три групи:
- структурні,
- з управління,
- за даними.
Структурні конфлікти виникають в тому випадку, коли апаратні засоби процесора не можуть підтримувати всі можливі комбінації команд в режимі одночасного виконання з суміщенням. p> Причини структурних конфліктів.
1. Чи не повністю конвеєрна структура процесора, при якій деякі щаблі окремих команд виконуються більше одного такту.
Нехай етап виконання команди i +1 займає 3 такту. Тоді діаграма роботи конвеєра буде мати вигляд, представлений в таблиця 2.3.
Таблиця 2.3
Команда
Такт
1
2
3
4
5
6
7
8
9
i
IF
ID
OR
EX
WB
i +1
IF
ID
OR
EX
EX
EX
WB
i +2
IF
ID
OR
O
O
EX
WB
i +3
IF
ID
OR
O
O
EX
i +4
IF
ID
OR
O
O
При цьому в роботі конвеєра виникають так звані "бульбашки" (Обробка команд i +2 і наступних за нею, починаючи з такту 6), які знижують продуктивність процесора.
Цю ситуацію можна було б ліквідувати двома способами. Перший передбачає збільшення часу такту до такої величини, яка дозволила б всі етапи будь-якої команди виконувати за один такт. Однак при цьому істотно знижується ефект конвеєрної обробки, так як всі етапи всіх команд будуть виконуватися значно довше, в той час як зазвичай декількох тактів вимагає виконання лише окремих етапів дуже невеликої кількості команд. Другий спосіб припускає використання таких апаратних рішень, які дозволили б значно знизити витрати часу на виконання цього етапу (наприклад, використовувати матричні схеми множення). Але це призведе до ускладнення схеми процесора і неможливості реалізації на цій БІС інших функціонально більш важливих вузлів. Так як представлена ​​в таблиці 2.3 ситуація виникає при реалізації команд, відносно рідко зустрічаються в програмі, то зазвичай розробники процесорів шукають компроміс між збільшенням тривалості такту і ускладненням того чи іншого пристрою процесора.
2. Недостатнє дублювання деяких ресурсів.
Одним з типових прикладів служить конфлікт через доступу до запам'ятовуючим пристроям. З таблиці 2.1 видно, що у разі, коли операнди і команди знаходяться в одному ...
