|
943-18 guruh talabasi
Hasanzoda Otaxon Mirzo
Mavzu. Konveyerli hisoblash. Superskalyar hisoblashlar
Komandalar konveyeri.
Bitta komandani bajarilish vaqtini sun’iy yo’l bilan ko’paytilisa, konveyer to’liq bo’lgan holatda unumdorlik 1/Tk ga yaqin bo’ladi. Bunda Tk – kopnveyer takti, bu holatda bir etapni bajarish vaqti. Bu MP ning unumdorligini 5 barobar oshirish imkonini beradi. Bu – nazaiy jihatdan qaraganda. Amaliyotda esa bunga erishish qiyin, chunki konveyerlashtirishdagi nizolar (конфликт) bunga yo’l qo’ymaydi.
Komandalar konveyerlashdagi nizo deganda potokdagi keyingi kelayotgan komandani shu komanda uchun ajratilgan takt davomida bajarila olmay qolishiga aytiladi. Nizolar 3 turli bo’ladi:
Strukturali yoki resursli nizolar. Barcha komandalar kombinatsiyalarini bir vaqtda konveyerda joylashtirish va bajarishda apparat vositalar bajara olmay qolganda yuzaga keladi. MP dagi qaysidir qurilma konveyerlanmagan yoki yagona nusxada mavjud bo’lsa (parallellanmagan bo’lsa) strukturali yoki resursli nizo kelib chiqadi. Masalan kesh xotira bilan bog’liq shunday nizo bo’lishi mumkin: bitta komandani keshdan o’qib olish jarayoni kechayotganda (komandani bajarishning 1-bosqichi) boshqa komanda hisoblash natijasini keshga yozishga uringanda. Bunday resursli nizolarni kelib chiqmasligi uchun 3 xil uslub ishlatiladi:
Nizo hal bo’lgunicha konveyerni to’xtatib turish (pipeline stall)
Nizo kelib chiqadigan qurilmani ikkilantirish, masalan kesh xotirani 2 ga: komandalar keshi va ma’lumotlar keshiga ajratish
Nizo keltirgan uskunani tezlatish (tezkorrog’iga almashtirish) yoki konveyerlash
Nizolarni hal qilishning oxirgi 2 ta usulini juda kam hollarda qo’llaniladi. Shunda ham nizo kelib chiqish chastotasi ortsa. Chunki qo’shimcha harajatlar 1-xolatdagi konveyerning to’xtab-to’xtab ishlashiga qaraganda iqtisodiy nomuvofiqdir.
Ma’lumotlar bo’yicha nizo bir necha turi bo’lishi mumkin.
MN1. RAW – Read After Write – oq’ishdan keyin yozish nizosi. Aytaylik A1 va A2 komandalari mavjud va A2 komanda A1 dan keyin keladi. A2 komanda A1 ning natijasini ishlatganda, hali A1 hisoblashni yakunlamagan bo’lsa A2 bo’sh joyga murojaat qiladi va RAW kelib chiqadi.
MN2. WAR – Write After Read. A1 komanda hali ma’lumotni o’qimagan holatda A2 komanda hisoblash natijasini yozib qo’yishidam sodir bo’ladi. Bunday nizo faqat shunday xolatda sodir bo’lishi mumkin: tartiblanmagan qayta ishlovchi konveyerlarda A2 komanda ma’lumotni uzatishda yoki ishni yakunlashda A1 dan oldinga o’tib ketadi.
MN3.WAW – Write After Write. A2 komanda natijani A1 dan oldin yozib qo’ysa va bu komandalar orasida ushbu adresni tekshiruvchi yana boshqa komanda ham bo’lsa sodir bo’ladi. Komandalarning tartiblanmagan xolda bajarilishida yuzaga keladi.
Ma’lumotlar nizolarini hal qilish usullari:
MNU1. Konveyernito’xtatish
MNU2. Aylanib o’tish va oldinga surish mexanizmini (data bypassing & forwarding) joriy qilish
MNU3. Konveyerni kompilyator orqali yuklash (statik optimallash)
MNU4. Komandalarni MP da tartibsiz bajarish (dinamik optimallash)
MNU5. Registrlarniqaytanomlash
Bulardan MNU2 niqaraymiz. Aylanib o’tish va oldinga surish mexanizmi bir funksional blokning chiqish natijasini bevosita boshqa blokning kirishiga uzatishni bildiradi.
MNU3 da dastur kompilyatsiyalanishi vaqtida komandalar bir-biri bilan imkoni boricha nizoga kirishmasligi nazarda turuib loyihalanadi.
MNU4 da yoki komandalarni dinamik optimallashda nizo keltirib chiqaruvchi komandalar konveyerda qolishi mumkin, bunday komandalarga bog’liq bo’lmagan boshqa komandalar esa uni (konveyerni) aylanib o’tishi mumkin. Nizoli holatlarni tahlil qilish va qayta tartiblanadigan komandalarni tanlash MP dagi konveyerni boshqarish mantiqiga topshiriladi.
MNU5 dakomandalardagi registrlarning mantiqiy nomlari MP ning fizik registrlarida dinamik akslanadi..
ST1 – orqaga qaytish, yoki ko’pincha bajariladigan (yoki ko’pincha bajarilmaydigan) o’tishni rejalashtirish.
ST2 – sikllarniyoyish.
ST3 – to’xtatib turish slotlari.
ST4 – dastur profili asosida o’tishlarni oldindan bashorat qilish.
Nizolarni bartaraf etish dinamik usullarga:
DN1 – o’tish adresi ma’lumbo’lunicha konveyerni to’xtatib turish
DN2 – shartli o’tish komandasining o’tish adresini komanda bajarilishi boshlanishi bilan aniqlash
DN3 –MP ning tarmoqlanishini dinamik prognozlash. Bu amal BPB (Branch Predicting Buffer) yordamida bajariladi. Prognozni yanada tezlashtirish uchun BTB (Branch Target Buffer) – maqsadli adresli o’tish buferi ishlatiladi. BTB – assotsiativ kesh xotira bo’lib, teglari sifatida dasturning joriy qismidagi tarmoqlanish komandalari adreslari ishlatiladi, yacheykalarida esa prognoz hisoblagichlari va shart bajarilganda maqsadli o’tish adreslari joylashadi.
Superskalyar arxitektura.
Komandalar konveyerini ishlatish CPI ning ko’rsatkichini 1 gacha tushirish imkonini beradi, boshqacha aytganda har bir taktda bitta “bajarilgan” komanda chiqadi. Bunday holatda takt uzunligi 10 ns (nanosekund) bo’lgan (takt chastotasi 100 MHz) MP ning unumdorligi 4 barobar oshib, 100 MIPS ga teng bo’ladi. Lekin, 1-dan Celeron MP da 250 MIPS bor, 2-dan CPI=1 ko’rsatkichi konveyerlashdagi nizolar sababli bajarilmaydi, nari borsa CPI=1,5 yoki CPI=2 bo’lishi mumkin. Bunday CPI bilan Celeron va shu kabi arxitekturali MP larning yuqori unumdorligi qanday ta’minlanadi?
Buning uchun ularda superskalyar qayta ishlash qo’llaniladi. Bu degani komandalarni ko’ppotokli qayta ishlash bo’lib, bir taktda 1 dan ko’p komanda bajariladi (CPI<1).
Do'stlaringiz bilan baham: | 
