4.10. Питання до розділу 4

1. Місце процесора в комп'ютері та його функції.

2. Що таке командний цикл?

3. Дві основні фази командного циклу.

4. Основні вузли процесора.

5. Одношинна структура процесора комп'ютера із складною системою команд і його зв'язки з іншими пристроями комп'ютера.

6. Виконання процесором операції "Вибірка слова з пам'яті".

7. Виконання процесором операції "Запам'ятовування слова в пам'яті".

8. Виконання процесором операції обміну між регістрами.

9. Виконання процесором арифметичних і логічних операцій.

10. Порівняння одношинної та багатошинної структур процесора комп'ютера із складною системою команд.

166

11. Чому в процесорі комп'ютера із складною системою команд команда виконується за ба­гато тактів?

12. Чому в процесорі комп'ютера із складною системою команд потрібна складна система розпізнавання команди?

13. Чому в процесорі комп'ютера із складною системою команд організація конвеєризації ви­конання команд складніша, ніж у процесорі комп'ютера з простою системою команд?

14. Основні вимоги до процесора комп'ютера з простою системою команд.

15. Сформуйте правила вибору системи команд комп'ютера з простою системою команд.

16. Чому в системі команд комп'ютера з простою системою команд відносно небагато опера­цій та способів адресації?

17. Чому в комп'ютері з простою системою команд команди обробки даних мають реалізува­тися лише у формі "регістр-регістр"?

18. Чому в комп'ютері з простою системою команд обміни з основною пам'яттю виконуються лише за допомогою команд завантаження/запису?

19. Чому в процесорі комп'ютера з простою системою команд дешифрування команд із спро­щеними форматами має виконуватися лише апаратно?

20. Що є основою проектування структури процесора комп'ютера з простою системою ко­манд?

21. Як будується процесор для того, щоб команда виконувалася за один такт?

22. Поясніть принципи роботи процесора комп'ютера DLX.

23. Опишіть фази виконання команди в процесорі комп'ютера DLX.

24. Поясніть роботу конвеєрного процесора комп'ютера DLX.

25. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці IF конвеєра комп'ютера DLX.

26. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці ID конвеєра комп'ютера DLX.

27. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці ЕХ конвеєра комп'ютера DLX при виконанні команди АЛП.

28. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці ЕХ конвеєра комп'ютера DLX при виконанні команд завантаження і збереження (load/store).

29. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці ЕХ конвеєра комп'ютера DLX при виконанні команди умовного переходу (branch).

30. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці MEM конвеєра комп'ю­тера DLX при виконанні команд АЛП.

31. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці MEM конвеєра комп'ю­тера DLX при виконанні команд завантаження або збереження.

32. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці WB конвеєра комп'ю­тера DLX при виконанні команд АЛП.

33. Проаналізуйте та поясніть мікродії, що виконуються на сходинці WB конвеєра комп'ю­тера DLX при виконанні команди load.

34. Основна ідея суперконвеєрних процесорів.

35. Суперскалярні процесори - структура та принцип роботи.

36. Процесори векторних комп'ютерів - структура та принцип роботи.

37. Наведіть класифікацію архітектури комп'ютера за рівнем суміщення в ньому опрацю­вання команд та даних.

^{Розділ 5}

Запобігання конфліктам в конвеєрі команд

У попередньому розділі були розглянуті структури процесора, які забезпечують су­міщений в часі режим виконання кількох команд, коли вони є незалежними одна від одної. Це суміщення називається конвеєрним виконанням команд. У даному розділі буде розглянуто ряд методів підвищення ефективності конвеєрного виконання команд. Потреба в цьому викликана тим, що при реалізації конвеєрного виконання команд ви­никають ситуації, які перешкоджають виконанню чергової команди з потоку команд в призначеному для неї такті. Такі ситуації називаються конфліктами, або ризиками. Кон­флікти знижують продуктивність конвеєра, яка могла б бути досягнута в ідеальному випадку. Більше того, конфлікти можуть звести нанівець всі затрати на створення кон­веєра команд.

Існує три класи конфліктів:

• Структурні конфлікти, які виникають з причини браку ресурсів, коли апаратні засоби не можуть підтримувати всі можливі комбінації команд в режимі одночасного виконання з перекриттям.

• Конфлікти за даними, що виникають у разі, коли виконання наступної команди залежить від результату виконання попередньої команди.

* Конфлікти керування, які виникають при конвеєризації команд передачі керу­вання, які змінюють значення лічильника команд.

Конфлікти в конвеєрі призводять до необхідності призупинення виконання команд. Звичайно, якщо призупиняється виконання якої-небудь команди в конвеєрі, то вико­нання всіх наступних за нею команд також призупиняється і, зрозуміло, під час призу­пинення не вибирається жодна нова команда. При цьому команди, передуючі призупи­неній, можуть продовжувати виконуватися.

Спочатку будуть розглянуті методи, що дозволяють знизити вплив структурних конфліктів, а також конфліктів за даними та конфліктів керування, а потім питання розширення можливостей комп'ютера по використанню паралелізму, закладеного в програмах. Далі буде проведено аналіз сучасних технологій компіляторів, які викорис­товуються для збільшення ступеня паралелізму рівня команд.