86. Методы снижения приостановок конвейера.

CPI – среднее количество тактов на выполнение команды (clock per instruction)

CPI _конв. = CPI _{ид.конв.} + C_с + C_д + C_у ,

где C_с, C_д, C_у – приостановки конвейера из-за структурных конфликтов, конфликтов по данным и конфликтов по управлению, соответственно.

Методы минимизации приостановок работы конвейера нацелены на достижение идеального CPI = 1.

CPI идеального конвейера есть не что иное, как максимальная пропускная способность, достижимая при реализации. Уменьшая каждое из слагаемых в правой части выражения, мы минимизируем общий CPI конвейера и таким образом увеличиваем пропускную способность команд.

Метод	Снижает
Разворачивание циклов	Приостановки по управлению
Базовое планирование конвейера	Приостановки RAW
Динамической планирование с централизованной схемой управления	Приостановки RAW
Динамическое планирование с переименованием регистров	Приостановки WAR и WAW
Динамическое прогнозирование переходов	Приостановки по управлению
Выдача нескольких команд в одном такте	Идеальный CPI
Анализ зависимостей компилятором	Идеальный CPI и приостановки по данным
Программная конвейеризация и планирование трасс	Идеальный CPI и приостановки по данным
Выполнение по предположению	Все приостановки по данным и управлению
Динамическое устранение неоднозначности памяти	Приостановки RAW, связанные с памятью

87. . SC-архитектура: предпосылки создания, принципы реализации.

Как показали исследования Дэвида Паттерсона и Джона Хенесси, проводимые для языков программирования C and Paskal в типичной программе:

1. Большинство ссылок – скалярные переменные, в большинстве своем локальные.

2. Наибольшие затраты времени – вызовы подпрограмм (и возврат из них) и условные переходы.

Выводы по результатам исследований

Эффективный путь повышения производительности:

• основа – конвейер команд:

  • проектирование нового конвейера (традиционный неэффективен);

  • использование компиляторов, оптимизирующих работу конвейера;

• минимизация обращений к переменным в ОП и более интенсивное использование регистровых переменных;

• использование сокращенного набора относительно простых команд (упрощение УУ).

Вывод: более эффективная поддержка ЯПВУ возможна за счет упрощения архитектуры компьютера.

RISC – компьютер с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer) – Паттерсон и Дитцель, 1980 г.

Концепция RISC-компьютера

• выполнение всех (или, по крайней мере, 75% команд) за один машинный цикл;

• устройство управления с «жесткой» логикой;

• стандартная однословная длина всех команд:

  • равна естественной длине слова и ширине шины данных;

  • допускает унифицированную поточную обработку всех команд;

• малое число команд (не более 128);

• малое количество форматов команд (не более 4);

• малое число способов адресации (не более 4; отсутствие косвенной адресации памяти);

• доступ к памяти только посредством команд «Чтение» и «Запись»;

• все команды, за исключением «Чтения» и «Записи», используют внутрипроцессорные межрегистровые пересылки;

• относительно большой (не менее 32) процессорный файл РОНов (в современных микропроцессорах превышает 500).