Конвейерное выполнение команд

Алгоритм обратной записи

Алгоритм сквозной записи

Каждый раз при появлении запроса на запись по некоторому адресу обновляется содержимое области по этому адресу как в быстрой, так и в основной памяти. Такое постоянное обновление содержимого основной памяти, как и буфера, при каждом запросе на запись позволяет постоянно поддерживать информацию, находящуюся в основной памяти, в обновленном состоянии.

Эта схема записи повышает производительность системы памяти, так как в ней обращения к основной памяти не происходят при каждом запросе на запись, что имеет место при использовании алгоритма сквозной записи. Однако в связи с тем, что содержимое основной памяти не поддерживается в постоянно обновленном состоянии, если необходимого слова в быстром буфере не обнаруживается, из буфера в основную память надо возвратить какое-либо устаревшее слово, чтобы освободить место для нового необходимого слова. Поэтому из буфера в основную память сначала пересылается какое-то слово, место которого занимает в буфере нужное слово. Таким образом, происходят две пересылки между быстрым буфером и основной памятью.

Конвейерный принцип состоит в разделении выполнения команд на этапы и в параллельном выполнении разных этапов разных команд.

Пример. Выборка, декодирование, исполнение:

tBK – время выполнения команды, tПР – интервал между проявлением результатов.

Время выполнения команды при конвейере остается таким же, как и без использования конвейеризации, существенно сократится время м/у появлением результирующих команд в идеале до такта. Это позволяет при одинаковом технологическом процессе увеличить быстродействие.

Условия максимальной эффективности работы конвейера.

Одинакова длина команд согласования по разрядности с выборкой.

В современных процессорах это условие является необязательным и с его отрицательными последствиями борются введением дополнительных ступеней, называемых предвыборкой.

В программе должно быть как можно меньше условных переходов. Проблема в том, что адрес, следующий за командой условного перехода команды, становится точно известен только на этапе ее исполнения, к этому времени уже нужно произвести выборку следующих команд.

Для борьбы с этим недостатком используют предсказание переходов. Для предсказания используется статистика. Простейший вариант предсказаний циклов при первом проходе делается запись в спец. буфере, что с этого адреса был переход на другой адрес. При следующих выборках этой команды переход предполагает, что переход будет по тому же адресу.

В современ. процессорах используется сложная методика, учитывается вероятность перехода. Эффективность предсказания достигает 95% и более.

Иногда при работе конвейера возникают конфликты, если несколько ступеней пытаются одновременно использовать один ресурс. Доступ к внешней памяти конфликт. с выборкой следующей команды. Если в процессоре нет механизма внеочередного исполнения.

21. Архитектура цифровых сигнальных процессоров (ЦСП): CISC и RISC процессоры, основные особенности; отличия ЦСП с фиксированной и плавающей точкой. Классификация ЦСП (краткое перечисление типов).

CISC и RISC процессоры, основные особенности

RISC = Reduced Instruction Set Computer

CISC = Complex Instruction Set Computer

Первые RISC-процессоры имели один тип RISC-команд.

Современные CISC-процессоры часто имеют декодеры, транслирующие их родные команды в RISC-подобные.

Особенности:

1.регистр общего назначения (РОН) >16;

2.ограниченное число типов команд (р. – регистр, п. – память)

а) р.р. → р.;

б) р. → п.;

в) п. → р.

3.ограниченное число вариантов длин команд;

Отличия ЦСП с фиксированной точкой (ФТ) и плавающей точкой (ПТ)

Достоинства ЦСП с ПТ:

1.больше динамический диапазон;

2.нет необходимости в масштабировании => проще алгоритмы;

3.больше поддерживаемых типов данных.

Процессоры с ФТ выпускаются, т.к. они проще (=> дешевле) и потребляют меньше энергии.

Процессоры с ФТ эффективнее для производства; с плавающей точкой – для программистов.

Основные типы ЦСП

Классификация по историко-функциональному признаку.

1.стандартные (conventional);

2.улучшенные стандартные (enhanced conventional);

3.суперскалярные (superscalar);

4.с очень длинным командным словом (VLIW).

22. Классификация ЦСП: стандартные ЦСП, улучшенные стандартные ЦСП.

Стандартные

1. TI (TMS 3202х12хх/24х/5х)

Texas Instrument – первые ЦСП 1982 г. Два варианта выполнения команды умножения с накоплением.

1)Оба сомножителя в памяти данных, 2 такта (умножения с накоплением)

2)1 сомножитель в ПП, 2 сомножителя в ПД, 1 такт (умножения с накоплением)

Команда выбирается один раз в самом начале и хранится в регистре. Традиционно для проверки окончания цикла используется отдельная команда. В ЦСП можно задать перед выполнением цикла его граничные адреса и число повторений. Проверка условий окончания цикла будет вестись параллельно с выполнением команд в цикле и не потребует дополнительных пакетов.

2. ADSP – 21хх Analog Devices

Реализация умножения с накоплением аналогична 2му варианту TI.

3. DSP56000 Motorola (Freescale)

Память данных поделена на 2 банка X и Y с определенными шинами данных, что позволяет выбирать каждый такт по 2 сложения из ПД.

Улучшенные

В рамках поколения стандартных процессоров, увеличение производительности достигалось в основном увеличением тактовой частоты. Дальнейшее увеличение производительности достигалось за счет одного из 2х факторов: 1) увеличение числа операций выполняемых одновременно; 2) увеличение числа команд выполняемых одновременно.

В улучшенных стандартных ЦСП используется 1ый порядок. В них увеличение числа операций выполняемых одновременно достигается за счет: а) увеличения числа функциональных модулей, умножителей, сумматоров и т. д.; б) добавления специализированных проблемно-ориентированных блоков (модулей), декодеры, циклических ходов, сопроцессоры для обработки видеоинформации; в) увеличение разрядности; г) усложненная система команд.

Перечисленные меры традиционны для ЦСП поэтому не всегда можно провести четкую границу м/у стандартными и улучшенными.

Пример TI(TMS5320C55x)

2 блока умножения с накоплением (MAC 17х17) могут получать операнды по всем 3м шинам, но при параллельной работе 1 операнд будет общим

Пример

Использование общего сомножителя можно свести многие задачи ЦОС: 1) фильтр с симметричным коэффициентом КИХ в качестве общего сомножителя выступают коэффициенты, такие фильтры имеют линейную ФЧХ, не искажают форму сигнала. В итоге время вычисления фильтра сокращается в 2 раза по сравнению со стандартными ЦСП;

2) Многоканальная обработка сигнала с частотными разделениями. Если нужно выделить из группового сигнала, сигналы отдельных каналов, то общим сомножителем будет групповой сигнал, разными коэффициентами фильтров. ADSP-2116Х

23. Классификация ЦСП: суперскалярные процессоры, процессоры VLIW.

Дата добавления: 2015-07-02