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

Comparatie Arhitecturi Pipeline

Cu totii stim ca procesoarele actuale folosesc tehnologia pipeline pentru a executa instructiunile mai rapid, dar este nevoie ca instructiunile din...

Drumuri Minime de Sursa Unica intr-un Graf

Drumuri minime intr-un graf Fiind dat un graf G=(V,E) orientat se considera o functie asociata w:E->X numita functie de cost. Costul unui drum...

Reprezentarea Informațiilor cu Obiecte

Informatiile pe care le reprezentam în memoria calculatorului sunt rareori atât de simple precum culorile sau literele. În general, dorim sa...

Cursuri Java

Cuvinte importante: - concepte fundamentale ale programarii orientate obiect in Java: incapsulare, mostenire, polimorfism; - crearea claselor de...

Algoritmi

Algoritmii acopera un domeniu larg de operatii generale asupra containerelor precum: traversare, sortare, cautare, inserare sau stergere de...

Fundamentele Calculatoarelor

Prin proces industrial se întelege un ansamblu de transformari mecanice, electrice sau de alta natura care au loc în instalatii industriale....

UML

Caz Orasul Lincoln din statul Nebraska era acum o suta de ani, primul oras din vest care a trecut în proprietatea municipalitatii serviciile...

Modelarea Datelor

2. MODELAREA DATELOR Posibilitatea de a obtine informatii utile dintr-o colectie de date (deci dintr-o baza de date) depinde de modul de...

Ai nevoie de altceva?