logo search
стр 103-113

Конвейерные процессоры

Процессоры современных компьютеров используют особенную технологию - конвейеры, которые позволяют обрабатывать более одной команды одновременно. Обработка команды может быть разделена на несколько основных этапов, назовем их микрокомандами. Выделим основные пять микрокоманд: 

Все этапы команды задействуются только один раз и всегда в одном и том же порядке: одна за другой. Это, в частности означает, что если первая микрокоманда выполнила свою работу и передала результаты второй, то для выполнения текущей команды она больше не понадобиться, и, следовательно, может приступить к выполнению следующей команды. Выделим каждую команду в отдельную часть устройства и расположим их в порядке выполнения. В первый момент времени выполняется первая микрокоманда. Она завершает свою работу и начинает выполняться вторая микрокоманда, в то время как первая готова для выполнения следующей инструкции. Первая инструкция может считаться выполненной, когда завершать работу все пять микрокоманд.

Такая технология обработки команд носит название конвейерной обработки. Каждая часть устройства называется ступенью конвейера, а общее число ступеней – длиной конвейера. 

Во многих вычислительных системах, наряду с конвейером команд, используются и конвейер данных. Сочетание этих двух конвейеров дает возможность достичь очень высокой производительности на определенных классах задач, особенно если используется несколько различных конвейерных процессоров, способных работать одновременно и независимо друг от друга. Одной из наиболее высокопроизводительных вычислительных конвейерных систем считается СRАY. В этой системе конвейерный принцип обработки используется в максимальной степени. Имеется и конвейер команд, и конвейер арифметических и логических операций. В системе широко применяется совмещенная обработка информации несколькими устройствами. Максимальная пиковая производительность процессора может составлять 12 GFLOPS.

В настоящее время созданы однокристальные векторно-конвейерные процессоры, такие как SX-6. Основными компонентами микропроцессора являются скалярный процессор и 8 идентичных векторных устройств, суммарная производительность которых составляет 64 GFLOPS.