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