IM – автоматы с последовательной комбинационной частью.

 

 

S – автоматы.

 

 

 

 

Пунктиром выделена дополнительная загрузка. КС сосредоточена в одном месте, есть ЗУ для массивов информации.

Работа автомата: по управляющим сигналам а₁ и а₂ числа записываются в S₁ и S₂, а по сигналам b₁ и b₂ передается на вход КС. Управляющий сигнал j_к осуществляет выбор одной из м/о, реализуемой КС. В 1-ом такте по адресу А число выбирается в S₁ из ЗУ, во втором такте – из ЗУ в S₂. В третьем такте содержимое обоих регистров S₁ и S₂ (или одного из них) поступает на вход КС. Результат дописывается в ЗУ. Главная задача: сокращение тактов на выполнение одной м/о. Для этого: 1)вводят дополнительные регистры S_3...S_m, чтобы совместить такт выборки слова из ЗУ с исполнением очередной м/о; 2)вводится дополнительная загрузка, S₂ – итоговый регистр (аккумулятор); 3)содержимое ЗУ подается на вход КС минуя элементы памяти.

В общем случае м/о реализуется за 3 такта, а введение указанных способов ускорения снижает время выполнения до 2-х и 1-го тактов.

 

На характеристики ОА существенным образом влияют:

1. Линии связей.

2. Тактирование ОА.

1.1 Линии связей магистрального типа.

Достоинства: а) простота; б)малые затраты оборудования.

Недостатки: а) в каждый момент времени информация передается между одним источником и одним или несколькими получателями.

Если разрядность шины 32, F_цикла =100МГц, то пропускная способность шины J_ш=32/Т_ц=32*F_цикла=32*100*10⁶=3,2 (Гбита/сек)=400 (Мбайт/сек).

Для увеличения скорости обмена в ОА используются несколько магистралей.

В машинах III поколения использовали 3 и более шин; в машинах IV поколения: IBM PC/XT – 3 магистрали (шины), IBM PC/AT – 6 магистралей (шин). Введение дополнительных магистралей увеличивает количество передач в единицу времени.

б) каналы магистрального типа имеют большую емкостную нагрузку, что снижает возможность повышения тактовых частот.

в) поскольку магистрали – универсальные линии связи, и она должна обладать функциональной полнотой, то по структуре она оказывается достаточно сложной.

 

1.2 Линии связи непосредственного типа.

1) Линии связи устанавливаются содержательными микропрограммами.

2) В каждый момент времени можно одновременно передать данные между несколькими группами устройств. Например, S1->S2 и S3->S4 (S2->S3 и S4->S1).

3) Для увеличения количества передач в качестве элементов памяти используют 2-х ступенчатые триггеры (МS регистры – Master/Slave), а также промежуточные конвейерные регистры.

4) Структурно непосредственные связи проще магистралей и по числу линий и по временным диаграммам обмена.

 

Тактирование ОА

T_ОА=t_УАt_ОА – такт ОА.

W_ОА=N_м/о /T_ОА – производительность.

I автомат: каждый элемент памяти имеет свою КС, поэтому он имеет наибольшее число м/о выполняемых за один такт.

Все м/о можно разделить на совместимые, те которые могут выполняться одновременно и несовместимые. Например, записать в S1 число и произвести его сдвиг невозможно одновременно. Поэтому включать их в одну микрокоманду нельзя. Несовместимые м/о можно сделать совместимыми разнеся их по разным тактам управляющих сигналов. Такое тактирование называется многофазным.

В машинах III поколения такт работы процессора четырехфазный T_проц.=t₁₊t₂₊t₃₊t₄. В машинах IV поколения T_проц=T_i+...+T_i+T₁+T₂+T₃+T_w+...+T_w+T₄+T_i,где Т_i- холостые синхроимпульсы в режиме ожидания, прерывания, останова; T₁,T₂,T₃,T₄ – рабочие синхроимпульсы; Т_w – импульсы ожидания определяемые скоростью внешнего устройства.

 

Методы повышения производительности процессоров.

1) Конвейерные процессоры.

2) Векторные процессоры.

3) Скалярные процессоры.

4) Суперскалярные процессоры.

 

Конвейерные процессоры

Принципы совместимости операций предложил академик Лебедев в 1956 году.

Время цикла Т_пр=t₁+t₂+t₃+t₄+t₅ (1), где t₁ – выборка команды; t₂ – формирование исполнительных адресов; t₃ – выборка операндов; t₄ – выполнение операции и запись результата; t₅ – обработка прерываний.

Если все операции выполняются последовательно на одном операционном автомате, то Т_{команды}=åt_i (1), где i=1..5 для нашего случая. Производительность W_к=1/T_k=1/åt_i (2). Анализируя выражения 1 и 2: аппаратные затраты невысоки за счет высокой совместимости узлов процессора.

Лебедевым был предложен принцип совместимости когда он использовал несколько ОА. Например, в машине М20 использовалось 5 ОА.

Последовательность выполнения микроопераций:

1 1 - - - -

2 2 1 - - -

3 3 2 1 - -

4 4 3 2 1 -

5 5 4 3 2 1

Начиная с пятого такта процессор обрабатывает одновременно 5 команд. Для каждой команды время выполнения - t_i. Производительность повышается примерно в 5 раз, но в общем случае t_i¹t_j (i¹j). Возникает проблема синхронизации.

Различают два типа конвейеров:

1) Синхронный конвейер. Т_цикла=max t_i (3),где i=1..5, при этом возникают различные ситуации:

А) t_i+t_j>T_ц (4). Если данное условие не выполняется, то данные микропрограммы i и j объединяются и реализуются на одном ОА.

В) Когда t_p>>t_i+t_i (4’), тогда t_p делится на t_p1 и t_p2 и реализуется на разных ОА.

Выражения 4 и 4’ обеспечивают сокращение времени простоя при постоянном цикле. Главная задача выровнять t_i. Производительность из-за простоев уменьшается и значительно.

2) Асинхронные конвейерные ОА.

Каждый уровень конвейера содержит триггер готовности и триггер занятости. Триггер занятости(Т_з) устанавливается в 1 если он занят обработкой текущей микропрограммы и не может принять информацию предыдущего уровня. Триггер готовности (Т_г) устанавливается в 1 если обработка, выполнение микропрограммы закончена и готов передать данные в ОА следующего уровня. Тогда условия передачи информации с одного уровня на другой можно показать так: T_г(i)=1;Т_з(i+1)=0.

Широко применяются конвейеры с асинхронным способом передачи. Данные режим получил название «Квитирование» – запрос с подтверждением.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: