Суперскалярные архитектуры

Выполнение команд

Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:

1. Вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд.

2. Меняет положение счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду.

3. Определяет тип вызванной команды.

4. Если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово.

5. Переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора.

6. Выполняет команду.

7. Переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.

Прерывания

Прерыванием называется событие, заставляющее процессор приостановить выполнение своей программы для выполнения затребованных действий. Прерывания бываю программными и аппаратными.

Программные прерывания похожи на вызов подпрограмм. Они происходят в результате действия программы, которая использует их для вызова сервисных функций операционных систем – синхронные прерывания.

Аппаратные прерывания инициируются, как правило, внешними устройствами компьютера – асинхронные прерывания. Они также делятся на маскируемые и немаскируемые.

Маскируемые прерывания - те, которые можно запретить. Они связаны с нормальной работой устройств: например, нажатие или отжатие клавиши на клавиатуре, периодическое прерывание таймера, нажатие кнопки мыши или перемещение мыши, конец операции дисковода или винчестера.

Немаскируемые прерывания запретить нельзя, они вызываются серьезной ошибкой компьютера, например, сбой памяти. В нормальном рабочем компьютере практически не происходят. Параллелизм на уровне команд. Конвейеры: Уже много лет известно, что главным препятствием высокой скорости выполнения команд является необходимость их вызова из памяти. Для разрешения этой проблемы можно вызывать команды из памяти заранее и хранить в специальном наборе регистров. Еще больше продвинула эту стратегию идея конвейера. При использовании конвейера команда обрабатывается уже не за два, а за большее количество шагов, каждый из которых реализуется определенным аппаратным компонентом, причем все эти компоненты могут работать параллельно. Конвейер из пяти блоков, которые называются сту- ступенями. Первая ступень (блок С1) вызывает команду из памяти и помещает ее в буфер, где она хранится до тех пор, пока не потребуется. Вторая ступень (блок С2) декодирует эту команду, определяя ее тип и тип ее операндов. Третья ступень (блок СЗ) определяет местонахождение операндов и вызывает их из ре- регистров или из памяти. Четвертая ступень (блок С4) выполняет команду, обычно проводя операнды через тракт данных. И наконец, блок С5 записывает результат обратно в нужный регистр.

Суперскалярные архитектуры

Один конвейер — хорошо, а два — еще лучше. Здесь общий блок выборки команд вызывает из памяти сразу по две команды и помещает каждую из них в один из конвейеров. Каждый конвейер содержит АЛУ для параллельных операций. Чтобы выполняться параллельно, две команды не должны конфликтовать из-за ресурсов (например, регистров), и ни одна из них не должна зависеть от результата выполнения другой. Основная идея — один конвейер с большим количеством функциональных блоков, как показано на. В 1987 году для обозначения этого подхода был введен термин суперскалярная архитектура. Со временем значение понятия «суперскалярный» несколько изменилось. Теперь суперскалярными называют процессоры, способные запускать несколько команд за один тактовый цикл.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: