Другие способы увеличения производительности

Уменьшение времени реализации основных операций. Для того чтобы уменьшить время выполнения операций, необходимо использовать алгоритмы, которые приводили бы к быстродействующим комбинационным схемам и требовали небольшого числа циклов.

Сокращение временных затрат при обращениях к подсистеме памяти. Обычные подходы здесь состоят, во-первых, в расширении путей доступа за счет разбиения оперативной памяти на модули, обращение к которым может осуществляться одновременно; во-вторых, в применении многоуровневой сверхбыстродействующей кэш-памяти и, наконец, в увеличении числа внутренних регистров в процессоре.

Использование всех перечисленных способов тесно связано с организацией компьютеров.

Уменьшение длительности выполнения одной команды за счет временного перекрытия различных ее фаз. К примеру, вычисление адреса, по которому нужно записать результат, может быть выполнено одновременно с самой операцией. Этот подход требует, разумеется, дополнительного оборудования, поскольку модули оперативной памяти не могут быть одновременно задействованы в совмещаемых фазах. Увеличение быстродействия, которое можно при этом достичь, зависит от формата (состава) команды, поскольку именно им определяется наличие независимых фаз.

Конвейеризация. Конвейерная обработка подразумевает раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов (несколько ступеней) с передачей данных одного этапа следующему. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько операций. Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если происходит задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится.

Суперскалярность. Суть этого метода состоит в том, чтобы генерировать в течение отрезка времени одновременно несколько команд. Этот подход отличается от того, который реализован в обычном последовательном компьютере, когда команды выполняются строго последовательно одна за другой. Параллельный подход приводит к различным вариантам структуры в зависимости от способа, по которому осуществляется задание очередности следования команд и управление их выполнением. Распараллеливание позволяет значительно увеличить производительность компьютеров при решении широкого класса прикладных задач.

Использование конвейерного принципа и других структурных методов позволило существенно повысить производительность процессоров. Однако возможности традиционных структурных методов ускорения выполнения команд в одном процессоре (ядре) на современном этапе практически исчерпаны.

Следовательно, единственное направление, ведущее к дальнейшему повышению производительности - это более полное использование параллелизма при обработке данных.

При последовательном выполнении всех этапов очередной команды время ее выполнения равно сумме времен выполнения всех последовательных этапов.

Очень часто такое быстродействие компьютера не удовлетворяет потребителя.

29.5. Контрольные вопросы

1. Назовите основные подсистемы процессора

2. Какие действия выполняет процессор при выполнении очередной команды?

3. Назовите основные фазы цикла обработки команды

4. Какие действия выполняет процессор в фазе извлечения?

5. Какие действия выполняет процессор в фазе декодирования?

6. Какие действия выполняет процессор в фазе выполнения?

7. Какие действия выполняет процессор в фазе прерывания?

8. Какие методы используются для увеличения производительности компьютеров?

9. Почему предпочтение отдается увеличению частоы?

10. Какие отрицательные последствия увеличения частоты?

11. Что такое энергетическая эффективность?

Поиск по сайту: