Вопрос 2. Конфликты при конвейерной обработке и способы их минимизации. Конфликты по данным.

Вопрос 2. Конфликты при конвейерной обработке и способы их минимизации. Конфликты по данным.

1) Структурный риск (обращение к одному устройству нескольких команд).

2) Конфликты по данным (при невыполнении предыдущей команды).

3) Риск по управлению (условный переход => неоднозначность выбора следующей команды).

Способы «исправления»: ожидание, маскирование другим конфликтом, обход.

Конфликт по данным – возникают в том случае, когда применение конвейерной обработки может изменить порядок обращений за операндами так, что этот порядок будет отличаться от порядка, который наблюдается при последовательном выполнении команд на неконвейерной машине.

Вопрос 3. Конвейерная организация. Что такое конвейерная обработка. Простейшая организация конвейера и оценка его производительности. Примеры.

При конвейерной обработке несколько процессов могут выполняться одновременно / параллельно. Организация: извлечение команды, декодирование команды, вычисление адреса операнда, извлечение операндов, выполнение команды, запись результата.

Производительность:

1) ускорение – отношение времени обработки без конвейера и с ним;

2) время обработки потока из N команд на конвейере с К позициями и тактом конвейера;

3) время обработки без конвейера;

4) эффективность – доля ускорения, приходящаяся на ту или иную позицию конвейера;

5) пропускная способность – эффективность, делённая на длительность такта конвейера.

Примеры:.

Вопрос 4. Фон-неймановская организация вычислительных машин и систем. Привести примеры.

Автономно работающая универсальная машина, объединяющая устройство управления, двоичное арифметическое устройство, память, устройство ввода / вывода.

Примеры: калькулятор, EDSAC, BINAC.

Вопрос 5. Классификация компьютеров по областям применения

1. ПК.

2. Бездисковая рабочая станция (нет диска, наличие связи (обрабатывает запрос) и клиента (генерирует запросы)).

3. Сервер – персональная вычислительная система, обрабатывающая запросы пользователя (характеризуется мощностью процессора, памятью, пропускной способностью).

4. Мейнфрейм – каналы связи между объединёнными компьютерами для обмена данными со скоростью обращения к ОЗУ.

5. Кластер – объединённые между собой компьютеры в единую машину с мощным процессором с принципом распараллеливания.

Вопрос 6. Архитектура процессоров вычислительных систем. Конвейеризация вычислений

1. Выборка команды (ВК). Чтение очередной команды из памяти и занесение ее в регистр команды.

2. Декодирование (ДК). Определение кода операции и способов адресации операндов.

3. Вычисление адресов операндов (ВА). Вычисление исполнительных адресов операндов в соответствии с указанным в команде способом их адресации.

4. Выборка операндов (ВО). Извлечение операндов из памяти. Эта операция не нужна для операндов, находящихся в регистрах.

5. Исполнение команды (ИК). Исполнение указанной операции.

6. Запись результата (ЗР). Занесение результата в память.

Пусть команды выполняются на конвейерной системе с шестью ступенями, соответствующими шести этапам цикла команды. Предполагается, что каждая команда обязательно проходит все шесть ступеней, все этапы имеют одинаковую длительность, равную одной единице времени, и могут выполняться одновременно. Тогда выполнение девяти команд заняло бы 9 * 6 = 54 единицы времени, А использование конвейера позволяет снизить это время до 14 единиц.

Вопрос 7. Архитектура системы команд. Классификация процессоров (CISC и RISC)

В упрощенной трактовке время выполнения программы (Tвыч) можно определить через число команд в программе (Nком) среднее количество тактов процессора, приходящихся на одну команду (CPI), и длительность тактового периода.

CISC – Complete Instruction Set Computer (CISC-архитектура, компьютер на микропроцессоре с полным набором команд).

RISC – Reduced Instruction Set Computer (RISC-архитектура, компьютер с сокращенным набором команд).

	CISC	RISC
Количество команд	Много	Мало
Длина программы	Короткие	Длинные
Формат команды	Сложные	Простой
Выполнение команды	За несколько циклов	За 1 цикл
Скорость выполнения программы	Выше	Ниже
Типы адресации	Сложные	Простые
Количество регистров	Мало	Много
Устройство управления	МПУ (микропроцессорное устройство)	Жёсткая логика

Вопрос 10. Суперскалярные процессоры. Привести Примеры

Суперскалярным называется центральный процессор (ЦП), который одновременно выполняет более чем одну скалярную команду. Это достигается за счет включения в состав ЦП нескольких самостоятельных функциональных (исполнительных) блоков, каждый из которых отвечает за свой класс операций и может присутствовать в процессоре в нескольких экземплярах.

Примеры: Pentium III (блоки целочисленной арифметики и операций с плавающей точкой дублированы), Pentium 4 и Athlon (троированы).

Вопрос 2. Конфликты при конвейерной обработке и способы их минимизации. Конфликты по данным.

1) Структурный риск (обращение к одному устройству нескольких команд).

2) Конфликты по данным (при невыполнении предыдущей команды).

3) Риск по управлению (условный переход => неоднозначность выбора следующей команды).

Способы «исправления»: ожидание, маскирование другим конфликтом, обход.

Конфликт по данным – возникают в том случае, когда применение конвейерной обработки может изменить порядок обращений за операндами так, что этот порядок будет отличаться от порядка, который наблюдается при последовательном выполнении команд на неконвейерной машине.

Вопрос 3. Конвейерная организация. Что такое конвейерная обработка. Простейшая организация конвейера и оценка его производительности. Примеры.

При конвейерной обработке несколько процессов могут выполняться одновременно / параллельно. Организация: извлечение команды, декодирование команды, вычисление адреса операнда, извлечение операндов, выполнение команды, запись результата.

Производительность:

1) ускорение – отношение времени обработки без конвейера и с ним;

2) время обработки потока из N команд на конвейере с К позициями и тактом конвейера;

3) время обработки без конвейера;

4) эффективность – доля ускорения, приходящаяся на ту или иную позицию конвейера;

5) пропускная способность – эффективность, делённая на длительность такта конвейера.

Примеры:.

Вопрос 4. Фон-неймановская организация вычислительных машин и систем. Привести примеры.

Автономно работающая универсальная машина, объединяющая устройство управления, двоичное арифметическое устройство, память, устройство ввода / вывода.

Примеры: калькулятор, EDSAC, BINAC.