Structura și arhitectura calculatoarelor

Curs
10/10 (1 vot)
Domeniu: Automatică
Conține 22 fișiere: doc, pdf
Pagini : 223 în total
Cuvinte : 75111
Mărime: 3.30MB (arhivat)
Cost: Gratis
Profesor îndrumător / Prezentat Profesorului: Viorel Angelin, sef catedra de Calculatoare

Extras din document

Cap. 1. SISTEME PIPELINE

Tehnica pipeline reprezintă o metodă de îmbunătătire a performantelor

unui procesor sau a unei unităti aritmetice. Această metodă permite executia

simultană a mai multor instructiuni sau operatii. Această tehnică este

transparentă pentru programator; ea utilizează paralelismul prin suprapunerea

fazelor de executie ale instructiunilor sau a etapelor de executie ale unei operatii

aritmetice. Un sistem pipeline poate fi comparat cu o linie de asamblare a unui

produs, în care există posturi de lucru specializate pentru o anumită operatie, iar

la capătul benzii este obtinut produsul final.

1.1. Structura unui sistem pipeline

Tehnica pipeline descompune un proces secvential în mai multe

subprocese, care sunt executate de unităti sau etaje diferite. Un etaj execută un

subproces si produce un rezultat intermediar, care reprezintă o intrare pentru

etajul următor. Rezultatul final este obtinut numai după ce toate subprocesele

au trecut prin întregul sistem pipeline. Figura 1.1 ilustrează structura de bază a

unui sistem pipeline cu m etaje.

Fig. 1.1

Un etaj Ei constă dintr-un registru de intrare sau latch Ri si un circuit de

prelucrare Ci , care poate fi secvential, combinational sau inteligent. Registrele

păstrează rezultatele partiale pe măsură ce acestea se deplasează prin sistemul

pipeline; registrele au si rolul de buffere care previn interferentele dintre etajele

vecine. Un semnal comun de ceas determină ca registrele să îsi schimbe starea

în mod sincron. In fiecare ciclu de ceas, fiecare etaj transferă rezultatele sale

partiale la următorul etaj si calculează un nou set de rezultate. Perioada

semnalului de ceas trebuie să fie suficient de mare pentru ca etajul cel mai lent

Date de

intrare

Date de

iesire

Etaj E1 Etaj E2 Etaj Em

R1 R2 Rm

m

C1 C2 Cm

Unitate de Control

să termine executia operatiei sale. In plus, trebuie să existe un timp suficient

pentru ca un registru să memoreze datele sale de intrare. Deci, perioada

ceasului trebuie să fie mai mare decât întârzierea maximă a etajului cel mai lent,

plus timpul necesar pentru memorarea datelor într-un registru.

Avantajul acestei tehnici constă în faptul că un sistem pipeline cu m etaje

poate procesa simultan până la m seturi independente de subprocese. Aceste

subprocese se deplasează prin sistemul pipeline etaj cu etaj, astfel încât atunci

când sistemul pipeline este plin, sunt executate în mod concurent m operatii

separate, fiecare într-un etaj diferit. Mai mult, un nou rezultat final este generat

la iesirea sistemului pipeline în fiecare ciclu de ceas.

1.2. Indicatori de performantă ai sistemelor pipeline

Prin suprapunerea fazelor de executie ale unui proces secvential pentru

diferite taskuri de intrare (instructiuni sau operatii), se obtine un timp teoretic de

executie egal cu:

T m P n P pipe = ∗ + ( −1) ∗ (1.1)

unde m este numărul de etaje, n este numărul taskurilor de intrare, iar P este

perioada ceasului. Termenul m∗ P, numit întârziere sau latentă a sistemului

pipeline, este timpul necesar pentru ca primul task de intrare să parcurgă toate

etajele, iar termenul (n −1) ∗ P este timpul necesar pentru următoarele taskuri.

După întârzierea necesară parcurgerii tuturor etajelor, se va genera o iesire în

fiecare ciclu de ceas. Iesirile vor fi generate la intervale de timp care depind de

întârzierea introdusă de etajul cel mai lent. Chiar si cu această limitare, prin

tehnica pipeline se pot îmbunătăti performantele în mod semnificativ fată de

executia obisnuită, în care este necesară terminarea unui task înainte de

începerea executiei unui alt task. Atunci când n are o valoare mare, un sistem

pipeline poate genera iesirile de aproximativ m ori mai rapid fată de un sistem

care nu utilizează această tehnică.

Pe de altă parte, fără suprapunerea fazelor de executie procesul

secvential anterior necesită un timp de executie egal cu:

Σ

=

= ∗ τ

m

i

T n i

1

sec (1.2)

unde, este întârzierea introdusă de etajul i . In cazul ideal în care toate etajele

au întârzieri egale, τ = τ i pentru i =1,...,m, Tsec poate fi scris ca:

Tsec = n ∗m∗ τ (1.3)

Dacă se ignoră timpul necesar memorării într-un registru ( = 0 ti ), atunci

P = τ

si se obtine:

T = n ∗m∗ P sec (1.4)

Cresterea vitezei de calcul ( S ) poate fi definită ca:

( 1) ( 1)

sec

+ −

=

∗ + − ∗

∗ ∗

= =

m n

n m

m P n P

n m P

T

T

S

pipe

(1.5)

Valoarea S se apropie de m atunci când n→∞. Deci, cresterea maximă a

vitezei unui sistem pipeline cu m etaje fată de un sistem care nu utilizează

tehnica pipeline este aproximativ m. Cu alte cuvinte, atunci când n este foarte

mare, un sistem pipeline poate genera iesirile de aproximativ m ori mai rapid

fată de un sistem obisnuit. Atunci când n are o valoare mică, cresterea vitezei

este mai redusă; pentru n =1, cresterea vitezei este 1.

Pe lângă cresterea de viteză, se utilizează adesea alti doi factori pentru

determinarea performantelor unui sistem pipeline; acestea sunt eficienta si rata

de transfer. Eficienta E a unui sistem pipeline cu m etaje, care reprezintă

cresterea vitezei pe etaj, este definită ca:

Preview document

Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 1
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 2
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 3
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 4
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 5
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 6
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 7
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 8
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 9
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 10
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 11
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 12
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 13
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 14
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 15
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 16
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 17
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 18
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 19
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 20
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 21
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 22
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 23
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 24
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 25
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 26
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 27
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 28
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 29
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 30
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 31
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 32
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 33
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 34
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 35
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 36
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 37
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 38
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 39
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 40
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 41
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 42
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 43
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 44
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 45
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 46
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 47
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 48
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 49
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 50
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 51
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 52
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 53
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 54
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 55
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 56
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 57
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 58
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 59
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 60
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 61
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 62
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 63
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 64
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 65
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 66
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 67
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 68
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 69
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 70
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 71
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 72
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 73
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 74
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 75
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 76
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 77
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 78
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 79
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 80
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 81
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 82
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 83
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 84
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 85
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 86
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 87
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 88
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 89
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 90
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 91
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 92
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 93
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 94
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 95
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 96
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 97
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 98
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 99
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 100
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 101
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 102
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 103
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 104
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 105
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 106
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 107
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 108
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 109
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 110
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 111
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 112
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 113
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 114
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 115
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 116
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 117
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 118
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 119
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 120
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 121
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 122
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 123
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 124
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 125
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 126
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 127
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 128
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 129
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 130
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 131
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 132
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 133
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 134
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 135
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 136
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 137
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 138
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 139
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 140
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 141
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 142
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 143
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 144
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 145
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 146
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 147
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 148
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 149
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 150
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 151
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 152
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 153
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 154
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 155
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 156
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 157
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 158
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 159
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 160
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 161
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 162
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 163
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 164
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 165
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 166
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 167
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 168
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 169
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 170
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 171
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 172
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 173
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 174
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 175
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 176
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 177
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 178
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 179
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 180
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 181
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 182
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 183
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 184
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 185
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 186
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 187
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 188
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 189
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 190
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 191
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 192
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 193
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 194
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 195
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 196
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 197
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 198
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 199
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 200
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 201
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 202
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 203
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 204
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 205
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 206
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 207
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 208
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 209
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 210
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 211
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 212
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 213
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 214
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 215
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 216
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 217
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 218
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 219
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 220
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 221
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 222
Structura și arhitectura calculatoarelor - Pagina 223

Conținut arhivă zip

  • cap4.doc
  • Curs_1.pdf
  • Curs_10.pdf
  • Curs_11.pdf
  • Curs_12.pdf
  • Curs_13.pdf
  • Curs_14.pdf
  • Curs_2.pdf
  • Curs_3.pdf
  • Curs_4.pdf
  • Curs_5.pdf
  • Curs_6.pdf
  • Curs_7.pdf
  • Curs_8.pdf
  • Curs_9.pdf
  • curs15.doc
  • Fig_Cap2.doc
  • Simulare_pipeline_1.pdf
  • Simulare_Scorebord.pdf
  • Simulare_Tomasulo.pdf
  • Structura_unui_calculator.pdf
  • Subiecte_pt[1]._referate.pdf

Alții au mai descărcat și

Java

Java este o tehnologie inovatoare lansata de compania Sun Microsystems 1n 1995, care a avut un impact remarcabil asupra a1ntregii comunitatsi a...

Roboți Industriali

Manipulatorul este sistemul mecanic automat a carui comanda se bazeaza pe sisteme rigide care presupun o interventie in structura fizica a...

Sisteme cu Microprocesoare

Structura generala a unui sistem cu microprocesor pentru conducerea proceselor Sistem cu microprocesor (SMP) Caracterizare din punct de vedere...

Circuite Electrice

Circuitele sunt prezente in foarte multe domenii tehnice: in sistemul electroenergetic, in calculatoare, in sistemele de telecomunicatii, in...

Curs Studiul Materialelor

Capitolul 1 INTRODUCERE ÎN TEHNICA MASURARII 1.6. CONCEPTUL DE MASURARE Masurarea este un proces practic (empiric), un act de cunoastere...

Grafică computerizată

Interfete utilizator - Simulare - Animatie - Controlul proceselor - Proiectare asistata pe calculator - Producere reclame si filme...

Programare în Limbaj de Asamblare

De ce utilizăm limbajul de asamblare ? compilatoarele translatează codul sursă in limbaj (cod) maşină; îndepărtare de limbajul de asamblare, dar...

Automate și Microprogramare

REPREZENTAREA NUMERELOR Baze de numeratie 1.1 Introducere Din cele mai vechi timpuri, omul, ca fiinta rationala, a fost pus în situatia de a...

Te-ar putea interesa și

Limbajul VHDL

1.Limbajul VHDL Limbajul VHDL este unul dintre limbajele standard folosite pentru a descrie sistemele numerice.VHDL – Very Hight Speed Integrated...

Evoluția Procesoarelor

Introducere Nivelul de dezvoltare a tehnologiei creşte pe zi ce trece. În fiecare zi apare cîte un calculator mai performant cîte un procesor mai...

Arhitectura calculatoarelor și structuri de date

Capitolul I – CONFIGURATIA UNUI CALCULATOR 1. Introducere În prezent, informatica îşi găseşte aplicaţii în toate domeniile vieţii. Prezenţa ei...

Arhitectura calculatoarelor - structura microprocesoarelor x86

Microprocesorul, componentă principală a calculatorului Microprocesorul reprezintă unitatea centrală de procesare (UCP) a unui calculator,...

Memoria internă a unui calculator personal

ARGUMENT Industria memoriilor este una dintre cele mai dinamice aplicatii ale electronicii din zilele noastre. In ultimi ani chip-urile de memorie...

Structura și arhitectura calculatoarelor

Introducere in CPUsim CPUsim este un mediu care permite simularea functionarii unei entitati central de prelucrare a calculatorului numeric....

Arhitectura calculatoarelor

1.1. Sistemul de calcul 1.1.1. Definiţii Sistemul de calcul (SC, System Computer sau calculator) este reprezentat de o structură destinată...

Arhitectura calculatoarelor

1. INTRODUCERE OBIECTIVE Principalele obiective ale acestui capitol introductiv sunt urmatoarele: caracterizarea notiunii de informatie,...

Ai nevoie de altceva?