Лекция-20:

Вычислительные структуры

Машины, управляемые контроллерами

Системы типа ОКОД

В машинах, управляемых контроллерами, выполнение программы, представленной в машинных кодах, происходит под управлением специальных устройствах управления. Поток управляющей информации является единственным.

В зависимости от структуры управляющего устройства, такие машины подразделяются на системы с одним потоком команд и данных (ОКОД), системы с параллельными операциями, система с одним потоком команд и множественными потоками данных (ОКМД), системы с арифметическим конвейером.

В качестве комбинаций этих видов организации вычислительных процессов, и как одна из форм системы с многими потоками команд и данных, рассматриваются мультипроцессорные системы. Совершенствование логической структуры машины, управляемой контроллером, в основном сводится к минимизации сбоев конвейера и обеспечению получения результатов в каждом машинном цикле.

Основные направления совершенствования структуры

Совершенствование логической структуры сводится к минимизации сбоев конвейера и обеспечению получения результата в каждом машинном цикле и идёт по следующим направлениям:

1. Расширение КЭШ памяти

2. Быстрое преобразование адресов

3. Быстрое выполнение команд переходов, которое может быть реализовано путем применение циклического буфера, работы с несколькими потоками команд, применение буфера указателей и переходов

4. Рассредоточение микропрограмм по определенным устройствам

5. Применение встроенных матричных и арифметических процессоров

6. Распараллеливание операций в операционном устройстве

Системы с параллельным выполнением операций. Параллельные процессы.

С точки зрения организации обработки параллельные процессоры занимают промежуточное положение между системами ОКОД и ОКМД.

Различают два типа параллельных процессов:

1. Команды, последовательно формируемые конвеером команд, выполняются свободным операционным устройством, причем результаты операций могут выдаваться с очередностью отличной от очередности в командном конвейере. Возможность распараллеливания выясняется в процессе выполнения команд. Устройство управления отличается сложностью, т.к. на него возлагается задача выяснения возможности распараллеливания программы.

2. Для этого типа характерно то, что сравнительно длинная команда делится на множество полей, и каждый операционный блок управляет отдельным блоком. Возможность распараллеливания выясняется в процессе компиляции программы. Компиляторы извлекают команды, которые могут быть выполнены параллельно, и из них формируется одна команда. Управляющее устройство для такого процессора более простое. Когда степень параллельности низкая, имеет место неэффективное использование памяти за счет того, что отдельные команды фактически не используются.

Общим недостатком является то, что для слабо распараллеливаемых программ их эффективность очень низка.

Схемы типа ОКМД

• ЛП  локальная память

• ПЭ  процессорный элемент

• УУ  управляющее устройство

О архитектуре ОКМД команда выделяемая УУ одновременно передается множеству операционных блоков с одинаковой структурой, и все операционные блоки выполняют одну и ту же операцию на основании информации о состоянии флага SF каждого ПЭ. Выполнение операций разрешается только тем ПЭ, в которых выполняются определенные условия, т.к. поток команд является одиночным, в случае необходимости перехода по результатам проверки выполнения условия, заданные операции выполняются только теми ПЭ, для которых результат проверки подтверждает выполнение условий, а затем только теми ПЭ для которых результаты проверки не выполняются. УУ контролирует взаимосвязь между всеми операционными блоками и управляет обращениями к общей памяти.