Вопрос 7. Временные диаграммы для конвейерных эвм.
Ответ. Для описания работы конвейеров используется двумерное представление. Вертикальная ось делится на целое число позиций, каждая из которых соответствует одной ступени конвейера. Горизонтальная ось представляет время (слева направо) и может быть разбита на целое число отрезков или оставлена непрерывной в зависимости от того, управляется конвейер датчиком синхроимпульсов или же он является асинхронным. Метки на этом двумерном представлении указывают, что соответствующая ступень используется в данный период времени.
Ступени
1
2
3
4
1
2
3
2
1
2
3
1
4
Время
Вопрос 8. Виды помех в конвейерных эвм.
Ответ. Помеха определяется структурой или применением конвейера и препятствует его работе с максимальной скоростью, которую можно было бы обеспечить при синхронизации ступеней конвейера. Имеется 2 категории помех:
- структурные;
- зависящие от данных.
Структурные помехи возникают тогда, когда 2 различных фрагмента данных пытаются использовать одну и ту же ступень одновременно. Такие случаи называются столкновениями. Эти помехи могут быть предсказаны и устранены на этапе проектирования.
Помехи, зависящие от данных, возникают, когда то, что происходит на одной ступени конвейера, определяет, могут ли данные проходить через другие ступени. Простым примером являются 2 различные ступени, которые должны использовать общую память. Эти помехи целиком зависят от режима работы системы и не поддаются аналитическому исследованию.
Вопрос 9. Базовый период синхронизации конвейера.
Ответ.
Базовый период синхронизации имеет 2 участка T и W:
T - время, в течении которого сигналы могут распространяться от выхода одного фиксатора по логике данной подфункции до входа следующего фиксатора,
W - ширина синхроимпульса, которая соответствует времени, затрачиваемому на прием вычисленных результатов в фиксаторе и стабилизацию выхода.
Логика
Логика
Ф
Ф
Ф
Синхроимпульс
T W
P=T+W
P - период синхронизации;
T - время вычисления подфункции логическими схемами;
W - время приема результатов фиксатором.
Вопрос 10. Перекос синхроимпульсов и критические гонки.
Ответ. При решении проблемы повышения производительности конвейеров было выявлено 2 структурных ограничения.
1. Необходимо, чтобы время Tmax, необходимое для прохождения сигнала по наиболее длинному пути внутри логики, не превышало T.
2. Второе ограничение связано с тем, что возможно путь данных внутри логики окажется столь коротким, что если данные на выходе фиксатора одной ступени изменятся до участка W, то это изменение может достигнуть фиксатора следующей ступени во время этого же периода синхронизации. Такая ситуация получила название критические гонки. Чтобы избежать этого следовало дополнить кратчайший логический путь каждой ступени схемами временной задержки.
Эти ограничения устанавливают пределы для минимального и максимального объемов логики на любом пути от выхода одного фиксатора до входа следующего.
Эти пределы еще более сужаются из-за другого явления - перекоса синхроимпульсов.
В идеале все ступени конвейера получают синхроимпульс одновременно. Но из-за различия в длине кабелей, нагрузках и основных цепях сигналы приходят в разные моменты времени. Перекос синхроимпульсов S представляет эту разницу в фактических временах поступления одного и того же импульса к разным ступеням. Его величина учитывается при рассмотрении обоих ограничений.
а) одна из ступеней
получает синхроимпульс несколько
раньше, чем предшествующая ей. Следовательно
общее время для распространения сигнала
по цепям уменьшается.
Логика
Ф
Ф
Синхроимпульс фиксатора 1 (Ф1)
Tmax
Синхроимпульс Ф2
S
T-S
Условия для критических гонок ухудшаются, если приход синхроимпульса на какую-либо ступень запаздывает по сравнению с приходом того же синхроимпульса на предыдущую ступень. Эта задержка дает больше времени для того, чтобы изменения на выходе предшествующей ступени распространились по минимальному логическому пути и повлияли на последующую ступень во время того же периода синхронизации. Чтобы этого избежать необходимо
Логика
Ф
Ф
Tmin
S
W+S