Направления развития суперскалярной архитектуры

Как уже отмечалось ранее, в суперскалярных процессорах предприни­мается попытка в рамках модели последовательных программ реализовать параллельное исполнение команд этих программ. После извлечения после­довательного потока команд между командами устанавливаются только

действительно необходимые зависимости по данным. При этом сохраняет­ся достаточно информации о порядке следования команд в исходной про­грамме, чтобы сохранить их порядок при наступлении прерывания.

Типичный суперскалярный процессор выбирает команды и исследует их по мере выполнения. Исследование проводится с целью выявления и обработки команд перехода, идентификации типа команды для ее даль­нейшего направления на соответствующий исполнительный блок или в буфер памяти. Выполняются также некоторые действия для смягчения за­висимостей по данным, например переименование регистров. VLIW про­цессор возлагает на компилятор статическую реализацию тех функций, которые в суперскалярном процессоре выполняются динамически.

По крайней мере два обстоятельства ограничивают эффективность исполь­зования суперскалярных архитектур. Во-первых, есть ограничения на степень параллелизма на уровне команд, даже если применяется самая совершенная тех­ника суперскалярных вычислений. Первое ограничение проистекает из услов­ных переходов. Другое следует из того, что размер окна исполнения (число ак­тивных команд, могущих исполняться параллельно) ограничивает возможный присущий программе параллелизм, так как не рассматривается параллельное исполнение команд, находящихся на расстоянии, превышающем размер окна.

Структура суперскалярного микропроцессора

Во-вторых, сложность суперскалярного процессора возрастает как ко­личество параллельно исполняемых команд и даже быстрее.

Вероятнее всего, что пределом распараллеливания при суперскаляр­ной обработке является запуск одновременно на исполнение в каждом такте 7-8 команд.

Альтернатива суперскалярной обработке - длинное командное слово (VLIW). Использование этого метода предполагает задание в командном слове совокупности параллельно выполняемых команд. Подготовкой та­ких программ занимается компилятор.

Процессор с единственным конвейером называют скалярным (все процессоры INTEL до 486 включительно). Суперскалярнымназывают процессор с несколькими конвейерами – потоками, способный обрабатывать команды параллельно. 486 – однопотоковый (один конвейер), PENTIUM является двухпотоковым, PENTIUM PRO – трехпотоковым (по 12 последовательных ступеней, т.о. в конвейере может одновременно находиться 12 команд на различных ступенях исполнения).

2 Обоснуйте достоинства и недостатки процессоров с CISC- и RISC-архитектурой.

CISC (Complicated Instruction Set Computer использующий полный набор команд). Традиционная архитектура с широкой системой команд МП.

Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными)

Характеризуется следующим набором свойств:

§ нефиксированное значение длины команды;

§ арифметические действия кодируются в одной команде;

§ небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Недостатки CISC архитектуры

§ высокая стоимость аппаратной части;

§ сложности с распараллеливанием вычислений.

 RISC (Reduced Instruction Set Computer). Архитектура с сокращенным набором команд.

При использовании RISC архитектуры выбор набора команд иструктуры процессора направлены на то, чтобы команды набора выполнялись за один машинный цикл МП. Выполнение более сложных, но редко встречающихся операций обеспечивают подпрограммы, состоящие из набора простых команд.

В ЭВМ с RISC-архитектурой машинным циклом называется время, в течение которого производится выборка двух операндов из регистров, выполнение операции в ALU и запоминание результата в регистре. Большинство команд в RISC-процессорах являются быстрыми командами типа регистр-регистр и выполняются без обращения к ОП. Обращение к памяти производится лишь в командах загрузки регистров из памяти и запоминание их в ОП.

Поскольку одной из главных задач данных МП является уменьшение количества обращений к ОП, то характерная особенность RISC-процессоров - большое количество регистров.

Вследствие сокращенного набора команд (примерно 50-100), небольшого числа способов адресации (2-3 и в основном регистровая) упрощается управляющее устройство МП, которое в этом случае обходится без микропрограммного управления и его устройство управления может быть выполнено на “жесткой” логике. Упрощение структуры МП приводит к появлению свободного места на кристалле для реализации дополнительных схем.

Характерные особенности RISC -процессоров:

1. Одинаковая длина команд (упрощает выборку инструкций из памяти);

2. Использование большого количество регистров, соответственного типа архитектуры (регистровая, ортоганальнорегистровая) - снижает использование ОП;

3. 2-3 способа адресации, в основном регистровая.

4. Устройство управления на жесткой логике.

5. Сокращенный набор команд - 50-100 команд (позволяет обойтись без схемы микропрограммного управления);

6. Простые способы адресации памяти (обеспечивает отсутствие сложных вычислений адреса);

7. Отсутствие совмещенной операции чтения/записи с обработкой данных;

8. Необходимость соответствующей компиляции программ для повышения эффективности;

9. Несовместимость с набором команд CISC МП (непереносимость exe. – файлов).

Например, POWER PC в настоящее время вынужден работать с программами, написанными для CISC – МП. Процессор самостоятельно транслирует сложные команды в ряд простых, что снижает его эффективность.

В настоящее время CISC и RISC сливаются, т.к. большинство CISC МП основаны на ядре RISC.

3 Средства обмена информацией в Internet. Электронная почта (Понятие «Электронная почта». Способы работы с электронной почтой. ) Поисковые системы (Понятие поисковой системы, принципы работы поисковых систем. Организация поиска информации в сети Интернет).

Средства обмена информацией в сети Интернет:

-электронная почта

-списки рассылки

-группы новостей (телеконференции)

-IRC (Internet Relay Chat, беседа через Internet) или Chat

-Средства общения в реальном режиме времени (передача текста, звука, изображения) и совместная                                       ааработа с приложениями

-Internet-пейджинг

-Internet-телефония

-Аудио- и видеоконференции

Электронная почта - средство обмена электронными письмами между людьми, имеющими доступ к компьютерной сети.