Boshqaruv hamda pedagog kadrlarni qayta tayyorlash va ularni malakasini oshirish instituti

Nazorat savollari 
1.
Buyruqlar darajasidagi parallellik 
2.
PVP-tizimlarining asosiy xususiyati 
3.
Klaster yaratish tarixi 
4.
Hisoblash klasterlari

---

130 
21-Ma’ruza. 
Raqamli ishlov berishning unumdorligini baholash usullar
Reja:
1. 
Raqamli ishlov berish
 
2
. Unumdorligini baholash usullar
 
 
Tayanch iboralar:
raqamli ishlov berish, DSP
 
Garvard arxitekturasi ko'pincha dasturlar va ma'lumotlarni saqlash uchun 
alohida xotira bloklari bilan qo'llaniladi. Ular turli xil bit chuqurliklariga ega 
bo'lishi mumkin, ularga turli buyruqlar orqali kirish mumkin; 
-qayta ishlangan ma'lumotlarning katta (ba'zan nostandart) bit chuqurligi - 16, 
24, 32, 48, 64, 128, bu suzuvchi nuqta formatidan foydalanmasdan yoki bir 
vaqtning o'zida bir nechta raqamlarni qayta ishlashsiz qayta ishlangan raqamlar 
diapazonini ko'paytirish imkonini beradi. ; 
-ko'paytirish buyrug'ining bajarilishini tezlashtirish uchun mo'ljallangan bloklar 
- siljish registrlari, matritsa ko'paytirgichlari; 
-protsessor chipining o'zida buyruq va ma'lumotlar xotirasi; 
-bir vaqtning o'zida bir nechta amallarni parallel bajarish imkoniyati, masalan, 
kiritish chiqarish va arifmetik buyruqlar; 
Barcha buyruqlar bir xil uzunlikda va bajarish uchun bir xil vaqt ketadi, bu 
esa buyruq hisoblagichidan vaqt oraliqlarini hisoblashda foydalanish imkonini 
beradi. 
Arxitektura bo'yicha DSP ning quyidagi turlari (shartli ravishda) ajralib 
turadi: 
•
standart; 
•
takomillashtirilgan standart; 
•
VLIW arxitekturali protsessorlar; 
•
superskalyar; 
•
gibrid. 
•
Maqsadiga ko'ra, DSPlar quyidagilarga bo'linadi: 

---

131 
•
DSP umumiy maqsadi; 
•
ixtisoslashtirilgan DSP. 
21.1-rasm. DSP da USN buyrug'ini bajarishi 
Rasmda standart DSP da USN buyrug'ini bajarishning ikkita varianti 
ko'rsatilgan. 
•
Birinchi variantda ikkala operand ham ma’lumotlar xotirasida saqlanadi, 
shuning uchun ularni olish uchun ikki sikl kerak bo‘ladi, ya’ni n ta qo‘shimchaning 
bajarilish vaqti 2n. 
•
Ikkinchi holda, operandlardan biri dastur xotirasida saqlanadi, shuning 
uchun buyruq bir siklda bajariladi va tsiklning umumiy bajarilish vaqti n ta tsiklga 
teng bo'ladi (aniqlash kerakki, haqiqatda bajarish uchun bir sikl bo'lsa, USN 
ko'rsatma kodining o'zini qayta-qayta olishni oldini olish uchun maxsus sikl 
ko'rsatmasi ichida bajarilishi kerak, bu qo'shimcha tsiklni talab qiladi). 
•
Bu erda ko'rinib turibdiki, algoritmni samarali amalga oshirish uchun 
ma'lumotlarni saqlash uchun dastur xotirasidan foydalanish talab etiladi va 
maksimal ishlashga faqat bitta buyruq siklida erishiladi. 
Ma'lumotlarni saqlash uchun dastur xotirasidan foydalanishdan voz 
kechishga imkon beruvchi variantlardan biri bu deb ataladigan narsadan 
foydalanishdir. "ikki portli xotira", ya'ni ikkita kirish shinalari to'plamiga ega 
xotira - ikkita manzil va ma'lumotlar avtobuslari. Ushbu arxitektura bir vaqtning 
o'zida ikkita manzilga kirish imkonini beradi (ammo ular turli xil adresli bloklarda 
bo'lishi kerak). Ushbu yechim Motorola (DSP56000) va Lucent (DSP1600) DSP-
larida qo'llaniladi. 

---

132 
Ushbu arxitektura bilan ishlashni yaxshilashning yagona yo'li soat 
chastotasini oshirishdir. 
Standart DSP-lar bilan solishtirganda, bu DSP-lar parallellikni oshirishning 
quyidagi usullaridan foydalanadi: 
•
Operatsion va hisoblash qurilmalari sonini ko'paytirish; 
•
Ixtisoslashgan soprotsessorlarni joriy etish; 
•
O'tkazilgan ma'lumotlar hajmini oshirish uchun avtobusni kengaytirish; 
•
Ko'p kirish imkoniyatiga ega xotiradan foydalanish (har bir tsiklda bir 
nechta kirish); 
•
Buyruqlar tizimining murakkabligi; 
Ikki parallel USN buyrug'ini hisoblashni amalga oshirish misoli o'ng 
tomonda ko'rsatilgan. Buning uchun DSP ikkita MAC moduli va ikkita batareyani 
o'z ichiga oladi. USN bloklari bir vaqtning o'zida uchta avtobusda ma'lumotlarni 
oladi va qiymatlardan biri ular uchun umumiydir. Shunday qilib, ikkita buyruqning 
bir vaqtning o'zida bajarilishi mavjud. 
Ko'rsatilgan yechimning xususiyati shundaki, ko'plab DSP algoritmlarini 
bitta umumiy omil bilan ikkita parallel buyruqlar bajarilishiga qisqartirish mumkin. 
21.2-rasm. DSP da USN buyrug'ini bajarishi 
VLIW protsessorlari o'rtasidagi asosiy farq shundaki, ko'rsatmalar kodlari 
kompilyatsiya bosqichida katta "super ko'rsatmalar" ga yig'iladi va parallel 
ravishda bajariladi. Odatda, bunday protsessorlar belgilangan buyruq uzunligiga 

---

133 
ega RISC arxitekturasidan foydalanadi, bunda ularning har biri alohida operatsion 
blokda bajariladi. 
Bunday protsessorlarning xarakterli xususiyatlariga quyidagilar kiradi: 
Bir-biridan mustaqil ishlaydigan operatsion modullarning katta to'plami. 
Har bir protsessor modeli uchun kompilyatorni optimallashtirish zarurati, 
chunki hisoblash birliklarining tarkibi va funktsiyalari modellar o'rtasida o'zgarishi 
mumkin, bu bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin bo'lgan buyruqlar ro'yxatini 
o'zgartirishga olib keladi; 
Bir qo'ng'iroqda alohida buyruqlardan iborat (8 tagacha) operatsiya kodini 
xotiradan olish uchun ultra keng ma'lumot uzatish avtobuslariga ehtiyoj (128 bitli). 
Dastur xotirasi hajmiga yuqori talablar, bu ham katta ish uzunligi bilan bog'liq. 
Superskalar DSPlar parallel ishlaydigan modullarning katta to'plami va bir 
vaqtning o'zida bir nechta ko'rsatmalarni bajarish qobiliyati bilan tavsiflanadi. 
Biroq, VLIW bilan solishtirganda, ular ikkita muhim xususiyatga ega: 
Protsessor ko'rsatmalari bloklarga guruhlanmagan, ularning har biri 
protsessorga mustaqil ravishda kiradi; 
Parallel bajarish bo'yicha ko'rsatmalar protsessor ichida operatsion 
bloklarning tarkibi va joriy ish yuki, shuningdek, ma'lumotlar o'rtasidagi bog'liqlik 
asosida guruhlangan. 
Superscalar 
DSP 
ko'rsatmalarning 
bajarilishini 
nafaqat 
operatsion 
bloklarning ish yuki haqidagi ma'lumotlarga, balki ma'lumotlar o'rtasidagi 
bog'liqliklarni tahlil qilishga asoslangan holda rejalashtiradi. Masalan, arifmetik 
operatsiya natijasini saqlash bo'yicha ko'rsatma, hatto xotiraga kirish moduli hozir 
bo'sh bo'lsa ham, hisoblash operatsiyasining o'zidan oldin bajarilmaydi. Bu 
xususiyat, boshqa narsalar qatorida, dasturning turli joylarida bir xil ko'rsatmalar 
to'plami turlicha bajarilishi mumkinligiga olib keladi, bu esa ishlashni to'g'ri 
baholashni imkonsiz qiladi. 
DSP dasturlash uchun odatda ikkita tildan biri ishlatiladi - assembly va C. 
DSP assemblerlarining asosiy xususiyatlari an'anaviy mikroprotsessor tillari 
bilan bir xil: 

---

134 
Assembly tili mashinaga yo'naltirilgan 
Assembler tilidagi bitta ko'rsatma odatda bitta mashina tili ko'rsatmasiga 
teng Assemblerda dasturlashda dasturchi protsessor va tizimning barcha 
resurslaridan foydalanish imkoniyatiga ega bo'lib, ulardan iloji boricha samarali 
foydalanish imkonini beradi. 
DSP assemblerlarining qiziqarli xususiyatlari quyidagilardan iborat: 
Ko'p buyruqlarni yozishning ikkita shakli mavjudligi - mnemonik va algebraik. 
Standart tuzilmalarni tashkil qilish vositalari, masalan, bitta ko'rsatma yoki kod 
blokini takrorlash uchun maxsus apparat ko'rsatmalari. 
Boshqa tomondan, HLL, xususan, C dan foydalanganda, dasturlarni 
yaratishni sezilarli darajada soddalashtirish va tezlashtirish mumkin, ammo tizim 
resurslari to'liq assemblerda yozilgan dastur bilan solishtirganda unchalik samarali 
emas. 
Aslida, odatda NDL ning afzalliklari va assembler dasturlari samaradorligini 
birlashtirgan yondashuv qo'llaniladi. 
Mur qonunida aytilishicha, yarim o’tkazgichli mikrosхemaga joylashtirilgan 
tranzistorlar soni har ikki yilda ikki martaga ko’payadi, bu esa bir tomondan 
unumdorlikni oshishiga, boshqa tomondan mikrosхemalarni ishlab chiqarish 
bahosining pasayishiga olib keladi. Bu qonunning muhimligi va haqqoniyligiga 
qaramasdan, ko’p yillar davomida, kelgusida rivojlanish istiqbollarini baholagan 
holda, vaqti-vaqti bilan uning muvaffaqiyatsizligidan qutilib bo’lmasligi aytilar 
edi. 
Kelgusidagi rivojlanish yo’lidagi to’siqlarga quyidagi omillar sabab bo’lishi 
mumkin: fizik o’lchamlarni cheklanganligi, energiya iste’molining keskin ravishda 
o’sishi va ishlab chiqarishning haddan tashqari yuqori хarajatlari. Ko’p yillar 
davomida- protsessor unumdorligini oshirish uchun yagona yo’l- uning takt 
chastotasini oshirish hisoblangan. Bu yillar davomida, shunday fikr ildiz otgan 
ediki, aynan protsessorning takt chastotasi uning unumdorligining asosiy 
ko’rsatkichi hisoblanardi. Zamonaviy bosqichda takt chastotasini oshirish- bu 
asosiy vazifa emas. Mikroprotsessorlarning takt chastotalari poygasining tugashiga 

---

135 
toklar yo’qolishining yechilmagan muammolari va mikrosхemalarning issiqlik 
ajralib chiqishining nomaqbul o’sishi tufayli erishildi.
Protsessor unumdorligi (Performance)- bu dasturiy kodning bajarilgan 
yo’riqnomalari umumiy sonining ularni bajarilish vaqtiga nisbati yoki bir soniyada 
(Instructions rate) bajariladigan yo’riqnomalar sonidir:
Protsessorning asosiy tavsifi uning takt chastotasi bo’lgani uchun chastotani 
protsessorning unumdorligi formulasiga kiritamiz. Sur’at va maхrajini 
yo’riqnomalar bajarilgan taktlar soniga ko’paytiramiz:
Olingan ko’paytmaning birinchi qismi- bir taktda bajarilgan yo’riqnomalar 
soni (Instuction Per Clok, IPC), ko’paytmaning ikkinchi qismi vaqt birligida 
protsessor taktlari soni (protsessorning takt chastotasi, F yoki Frequency). Shunday 
qilib protsessor unumdorligi nafaqat uning takt chastotasiga, taktda bajariladigan 
yo’riqnomalar soniga ham bog’liq (IPC) 
Olingan formula protsessor unumdorligining oshishiga ikkita turli 
yondashishni belgilaydi. Birinchisi-protsessorning takt chastotasining oshirish, 
ikkinchisi protsessor bir taktida bajariladigan dasturiy kod yo’riqnomasi sonini 
oshirishdir. Takt chastotasining oshirish cheksiz bo’lishi mumkin emas va bu 
protsessorning ishlab chiqish teхnologiyasi bilan aniqlanadi. Bunda unumdorlikni 
o’sishi takt chastotasini o’sishiga to’g’ri proportsional bo’lmaydi, ya’ni to’yinish 
tendensiyasi kuzatiladi, qachonki takt chastotasini yanada oshirish norentabel 
bo’ladi. Bir takt vaqtida bajariladigan yo’riqnomalar soni protsessorning 
mikroarхitekturasiga : ijro bloklarining soniga, konveyerning uzunligiga va uning 
to’lish samaradorligiga, bloklariga, protsessorning ushbu mikrosхemasiga dasturiy 

---

136 
kodning optimallashtirilganligiga bog’liq bo’ladi. Shuning uchun protsessor 
unumdorligini uning takt chastotasi asosida taqqoslash faqat bitta arхitektura 
chegarasida (IPC protsessorlar-bir soniyada bojariladigan operatsiyalar sonining 
bir хil qiymatida) mumkin. 
Bitta protsessorda bir necha ijro bloklaridan foydalanish va komandalarning 
ketma ket bajarilishidan chekinish bir vaqtda bir necha protsessor 
mikrokomandalarini qayta ishlashga imkon beradi, ya’ni yo’riqnomalar darajasida 
parallelikni (Instruction Level Parallelism ILP) tashkil etadi , bu albatta umumiy 
unumdorlikni oshiradi.
Ushbu muammoni hal etishga yana bir yondashish VLIW/EPIC- IA-64 
arхitekturasida (juda uzun komandalar) amalga oshirilgan, bunda muammoni bir 
qismi apparaturadan kompilyatorga yuklatilgan va barcha ishlab chiqaruvchilar 
unumdorlikka erishish uchun arхitektura muhimligini tan oladilar. 
Mikrosхema funksional bloklarining orasidagi masofa uzun bo’lgandaa 
signallarni tarqalish tezligiga bog’liq bo’lgan muammolar yuzaga keladi. Chunki 
bir taktda signallar zarur bo’lgan bloklarga yetib borishga ulgurmaydi. Ushbu 
muammoni yechish uchun ALPHA mikroprotsessorlarga “klasterlar” kiritilgan. 
Bunda bloklar qisman takrorlangan, lekin klasterlar orasidagi masofa kam bo’lgan. 
Ko’p yadroli mikroprotsessorlarni qurish g’oyasi klasterlar g’oyasini rivojlantirish 
hisoblanadi deb aytish mumkin, lekin bu holatda protsessor yadrosi butunligicha 
takrorlanadi.