Или на слайдах

Конвейерная работа МП

Оценка производительности идеального конвейера

Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора

Проблемы реализации точного прерывания в конвейере

Конвейерная работа МП

Выполнение каждой команды складывается из ряда последовательных этапов, суть которых не меняется от команды к команде.

► С целью увеличения быстродействия и максимального использования возможностей в современных МП используется конвейерный принцип обработки информации. Это означает, что в каждый момент времени МП работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы.

По очередному тактовому импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него. В различных МП количество и суть этапов отличаются.

►Рассмотрим принципы конвейерной обработки информации на примере 5-ти ступенчатого конвейера, в котором выполнение команды складывается из 5 следующих этапов:

1. IF (Instruction Fetch) - считывание команды в процессор;

2. ID (Instruction Decoding) - декодирование команды;

3. OR (Operand Reading) - считывание операндов;

4. EX (Executing) - выполнение команды;

5. WB (Write Back) - запись результата.

Выполнение команд в таком конвейере представлено в табл. 1.

Или на слайдах

2. Оценка производительности идеального конвейера

Поскольку в каждом такте могут выполняться различные стадии обработки команд, длительность такта выбирается исходя из максимального времени выполнения всех стадий. Следует учитывать, что для передачи команды с одной стадии обработки на другую требуется дополнительное время (Δt) на запись промежуточных результатов обработки в буферные регистры.

Пусть для выполнения отдельных стадий обработки требуются следующие затраты времени (в некоторых условных единицах):

T_IF = 20, T_ID = 15, T_OR = 20, T_EX = 25, T_WB = 20.

Тогда, предполагая, что дополнительные расходы времени составляют Δt = 5, получим время такта: .

Оценим время выполнения N команд при последовательной и конвейерной обработке.

- При последовательной обработке время выполнения N команд составит:

- При конвейерной обработке: .

Примеры длительности выполнения некоторого количества команд при последовательной и конвейерной обработке приведены в табл. 2.

Т.о. при достаточно длительной работе конвейера его быстродействие будет существенно превышать быстродействие, достигаемое при последовательной обработке команд. Оно будет тем больше, чем меньше длительность такта конвейера и чем больше количество выполненных за рассматриваемый период команд. Сокращение длительности такта может достигаться разбиением выполнения команды на большое число этапов, каждый из которых включает в себя относительно простые операции и поэтому будет выполняться за более короткий промежуток времени. Так, если в МП Pentium длина конвейера 5 ступеней, то в Pentium 4 на ядре Northwood - 20, на Prescott - 31 ступени.

Значительное преимущество конвейерной обработки перед последовательной имеет место в идеальном конвейере, в котором отсутствуют конфликты и все команды выполняются друг за другом в установившемся режиме, т.е. без перезагрузки конвейера. Наличие конфликтов в конвейере и его перезагрузки снижают реальную производительность конвейера по сравнению с идеальным.

Поиск по сайту: