Современные высокопроизводительные компьютеры


Простейшая организация конвейера и оценка его производительности - часть 3


Таким образом, ускорение, полученное в результате конвейеризации, будет равно:

Среднее время выполнения команды в неконвейерном режиме
Среднее время выполнения команды в неконвейерном режиме
=260
65
=4

Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых команд и операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если произойдет задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Такие задержки могут возникать в результате возникновения конфликтных ситуаций. В следующих разделах будут рассмотрены различные типы конфликтов, возникающие при выполнении команд в конвейере, и способы их разрешения.

Рис. 5.3. Представление о работе конвейера

Номер командыНомер такта

123456789

Команда iIFIDEX MEMWB

Команда i+1 IFIDEXMEMWB

Команда i+2 IFIDEXMEMWB

Команда i+3 IFIDEXMEMWB

Команда i+4 IFIDEXMEMWB

Рис. 5.4. Диаграмма работы простейшего конвейера

Рис. 5.5. Эффект конвейеризации при выполнении 3-х команд - четырехкратное ускорение

При реализации конвейерной обработки возникают ситуации, которые препятствуют выполнению очередной команды из потока команд в предназначенном для нее такте. Такие ситуации называются конфликтами. Конфликты снижают реальную производительность конвейера, которая могла бы быть достигнута в идеальном случае. Существуют три класса конфликтов:

  1. Структурные конфликты, которые возникают из-за конфликтов по ресурсам, когда аппаратные средства не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме одновременного выполнения с совмещением.

  2. Конфликты по данным, возникающие в случае, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды.

  3. Конфликты по управлению, которые возникают при конвейеризации команд переходов и других команд, которые изменяют значение счетчика команд.

Конфликты в конвейере приводят к необходимости приостановки выполнения команд (pipeline stall).Обычно в простейших конвейерах, если приостанавливается какая-либо команда, то все следующие за ней команды также приостанавливаются. Команды, предшествующие приостановленной, могут продолжать выполняться, но во время приостановки не выбирается ни одна новая команда.




- Начало -  - Назад -  - Вперед -



Книжный магазин