Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ћетоды повышени€ быстродействи€ јЋ”




ќдним из таких методов €вл€етс€ реализаци€ принципа локального параллелизма. —уть этого принципа Ц в распараллеливании во времени алгоритма выполн€емой отдельно команды на р€д независимых этапов и их реализации на различных операционных блоках јЋ”.

¬торой хорошо известный метод Ц конвейерна€ обработка. ќперационный блок раздел€етс€ на несколько частей Ц уровней конвейера. Ќа каждой ступени выполн€етс€ определенна€ стади€ операции (например, считывание операндов, сравнение пор€дков чисел, сложение мантисс чисел и так далее). —овмещение стадий выполнени€ нескольких операций на различных ступен€х конвейера приводит к тому, что реализаци€ следующей операции начинаетс€ до окончани€ предыдущей. Ёто значительно увеличивает быстродействие операционного блока.

ƒругой способ сокращени€ длительности выполнени€ многотактных операций Ц использование эффективных алгоритмов. ѕри использовании таких алгоритмов сочетаетс€ использование быстродействующих блоков, одновременно анализа нескольких разр€дов операндов и реализаци€ конвейерного метода обработки.

Ќаиболее новый способ увеличени€ быстродействи€ всех блоков процессора Ё¬ћ Ц введение векторных операций Ц операций над упор€доченными массивами данных (в суперЁ¬ћ векторные операции по€вились давно, в св€зи с чем в составе процессоров по€вилась специализаци€ устройств по типам операндов Ц скал€рные и векторные). Ќапример, в современных процессорах по€вились регистрова€ пам€ть и средства обработки двух типов: векторные и скал€рные.

  векторным средствам обработки относ€тс€:

¨ один или несколько арифметических конвейеров дл€ обработки элементов векторов;

¨ векторные регистры дл€ хранени€ векторной информации.

¬екторные средства обработки данных позвол€ют увеличить производительность Ё¬ћ в несколько раз.

 

 

ѕјћя“№ Ё¬ћ

ѕам€ть Ц один из блоков Ё¬ћ, состо€щий из «” и предназначенный дл€ запоминани€, хранени€ и выдачи информации (алгоритма обработки данных и самих данных).

ќсновными характеристиками отдельных устройств пам€ти (запоминающих устройств) €вл€ютс€ емкость пам€ти, быстродействие и стоимость хранени€ единицы информации (бита).

Ѕыстродействие (задержка) пам€ти определ€етс€ временем доступа и длительностью цикла пам€ти. ¬рем€ доступа представл€ет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступлени€ запрошенного слова из пам€ти. ƒлительность цикла пам€ти определ€етс€ минимальным временем между двум€ последовательными обращени€ми к пам€ти.

“ребовани€ к увеличению емкости и быстродействи€ пам€ти, а также к снижению ее стоимости €вл€ютс€ противоречивыми. „ем больше быстродействие, тем технически труднее достигаетс€ и дороже обходитс€ увеличение емкости пам€ти. —тоимость пам€ти составл€ет значительную часть общей стоимости Ё¬ћ.

 ак и большинство устройств Ё¬ћ, пам€ть имеет иерархическую структуру. ќбобщЄнна€ модель такой структуры, отражающа€ многообразие «” и их взаимодействие, представлена на рисунке 8.1. ¬се запоминающие устройства обладают различным быстродействием и емкостью. „ем выше уровень иерархии, тем выше быстродействие соответствующей пам€ти, но меньше еЄ емкость.

 

–ис. 8.1. »ерархическа€ структура пам€ти

  самому высокому уровню - сверхоперативному - относ€тс€ регистры управл€ющих и операционных блоков процессора, сверхоперативна€ пам€ть, управл€юща€ пам€ть, буферна€ пам€ть (кэш-пам€ть).

Ќа втором оперативном уровне, более низком, находитс€ оперативна€ пам€ть (ќѕ), служаща€ дл€ хранени€ активных программ и данных, то есть тех программ и данных, с которыми работает Ё¬ћ.

Ќа следующем более низком внешнем уровне размещаетс€ внешн€€ пам€ть.

ћестна€ пам€ть или регистрова€ пам€ть процессора. ¬ходит в состав ÷ѕ (регистры управл€ющих и операционных блоков процессора) и предназначена дл€ временного хранени€ информации. ќна имеет малую Ємкость и наибольшее быстродействие. ѕостроена на базе регистров общего назначени€. –ќЌ конструктивно совмещены с процессором Ё¬ћ. Ётот тип «” используетс€ дл€ хранени€ управл€ющих и служебных кодов, а также информации, к которой наиболее часто обращаетс€ процессор при выполнении программы.

—верхоперативна€ пам€ть. »ногда в архитектуре Ё¬ћ регистрова€ пам€ть организуетс€ в виде сверхоперативного «” с пр€мой адресацией. “ака€ пам€ть имеет то же назначение как и –ќЌ, служит дл€ хранени€ операндов, данных и служебной информации, необходимой процессору.

”правл€юща€ пам€ть предназначена дл€ хранени€ управл€ющих микропрограмм процессора (см. раздел ”стройство управлени€ микропрограммного типа). ¬ыполнена в виде посто€нного «” (ѕ«”) или программируемого посто€нного «” (ѕѕ«”). ¬ системах с микропрограммным способом обработки информации ”ѕ примен€етс€ дл€ хранени€ однажды записанных микропрограмм, управл€ющих программ, констант и т.п.

Ѕуферна€ пам€ть. ¬ функциональном отношении кэш-пам€ть рассматриваетс€ как буферное «”, размещЄнное между основной (оперативной) пам€тью и процессором. ќсновное назначение кэш-пам€ти - кратковременное хранение и выдача активной информации процессору, что сокращает число обращений к основной пам€ти, скорость работы которой меньше, чем кэш-пам€ти.  эш Ц пам€ть от английского cashe Ц тайник. ќна не €вл€етс€ программно доступной. ѕоэтому она оказывает вли€ние на производительность Ё¬ћ, но не вли€ет на программирование прикладных задач. ¬ современных Ё¬ћ различают кэш первого и второго уровней.  эш первого уровн€ интегрирована с блоком предварительной выборки команд и данных ÷ѕ и служит, как правило, дл€ хранени€ наиболее часто используемых команд.  эш второго уровн€ служит буфером между ќѕ и процессором. ¬ некоторых Ё¬ћ существует кэш пам€ть отдельно дл€ команд и отдельно дл€ данных.

ќѕ (ќ«”) служит дл€ хранени€ информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе (происход€щем в операционном устройстве - јЋ”). »з ќ«” в процессор поступают коды и операнды, над которыми производ€тс€ предусмотренные программой операции, из процессора в ќ«” направл€ютс€ дл€ хранени€ промежуточные и конечные результаты обработки информации. ќ«” имеет сравнительно большую Ємкость и высокое быстродействие, однако меньшее, чем «” сверхоперативного уровн€.

¬нешн€€ пам€ть (¬нѕ) используетс€ дл€ хранени€ больших массивов информации в течении продолжительного времени. ќбычно ¬нѕ не имеет непосредственной св€зи с процессором. ќбмен информацией носит групповой характер, что значительно сокращает врем€ обмена. ¬нѕ обладает сравнительно низким быстродействием (поиск информации). ¬ качестве носител€ используютс€ магнитные диски (гибкие и жЄсткие), лазерные диски(CD-room) и др.

—равнительно небольша€ емкость оперативной пам€ти (8 - 64 ћбайта) компенсируетс€ практически неограниченной емкостью внешних запоминающих устройств. ќднако эти устройства сравнительно медленные - врем€ обращени€ за данными дл€ магнитных дисков составл€ет дес€тки микросекунд. ƒл€ сравнени€: цикл обращени€ к оперативной пам€ти (ќѕ) составл€ет 50 нс. »сход€ из этого, вычислительный процесс должен протекать с возможно меньшим числом обращений к внешней пам€ти.

–ост производительности Ё¬ћ про€вл€етс€ в первую очередь в увеличении скорости работы процессора. Ѕыстродействие ќѕ также растет, но все врем€ отстает от быстродействи€ аппаратных средств процессора потому, что одновременно происходит опережающий рост ее емкости, что делает более трудным уменьшение времени цикла работы пам€ти. ¬следствие этого быстродействие ќѕ оказываетс€ недостаточным дл€ обеспечени€ требуемой производительности Ё¬ћ. ѕро€вл€етс€ это в несоответствии пропускных способностей процессора и пам€ти. ƒл€ выравнивани€ их пропускных способностей и предназначена сверхоперативна€ буферна€ пам€ть небольшой емкости (как правило, не более 512  байт) и повышенного быстродействи€.

ѕри обращении к блоку данных, наход€щемус€ на оперативном уровне, его копи€ пересылаетс€ в сверхоперативную буферную пам€ть. ѕоследующие обращени€ к этому блоку данных производитс€ к буферной пам€ти. ѕоскольку врем€ выборки из —ќ«” t—ќ«” много меньше времени выборки из оперативной пам€ти tќѕ, введение в структуру Ё¬ћ —ќ«” приводит к уменьшению эквивалентного времени обращени€ tэ по сравнению с временем обращени€ к оперативной пам€ти tќѕ:

tЁ = t—ќ«” + αtќѕ,

где α = 1- q,

а q Ц веро€тность попадани€, т. е. веро€тность того, что блок данных, к которому производитс€ обращение, находитс€ в —ќ«”.

 

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-18; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 511 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—тремитесь не к успеху, а к ценност€м, которые он дает © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

490 - | 495 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.009 с.