- •Архитектура
- •27 Экзаменационных вопросов
- •Издание первое
- •Оглавление
- •Вопрос 1. Поколения архитектуры эвм. Основные характеристики.
- •Вопрос 2. Области применения и типы эвм. Классификация по быстродействию и областям применения
- •Вопрос 3. Принципы архитектуры Фон-Неймана.
- •Вопрос 4. Пользовательские регистры. Регистры общего назначения.
- •Вопрос 5. Пользовательские регистры. Сегментные регистры.
- •Вопрос 6. Основные характеристики памяти. Адресная, ассоциативная и стековая организация памяти.
- •Вопрос 7. Ассоциативная организация памяти: регистровая косвенная адресация (базовая и индексная)
- •Вопрос 8. Ассоциативная организация: регистровая косвенная адресация со смещением
- •Вопрос 9. Стековая память
- •Вопрос 10. Динамическая память. Статическая память
- •Вопрос 11. Режимы работы кэш-памяти
- •Вопрос 12. Структура эвм. Назначение и структура процессора
- •Вопрос 13. Системы команд. Классификация процессоров в соответствии с системой команд
- •Вопрос 14. Реальный режим процессора типа интел 8086. Сегмент, граница параграфа, смещение
- •Вопрос 15. Защищенный режим работы процессора. Таблицы дескрипторов
- •Вопрос 16. Виртуальный режим работы процессора типа интел 8086
- •Вопрос 17. Прерывания
- •Вопрос 18. Системы ввода-вывода.
- •Вопрос 19. Классификация процессоров. Cisc, risc, vliw, суперскалярные процессоры, misc.
- •Вопрос 20. Особенности risc архитектуры.
- •Вопрос 21. Параллельная обработка. Конвейерная организация. Типы конфликтов.
- •Вопрос 22. Архитектура суперскалярных процессоров. Предварительная выборка команд и предсказание переходов.
- •Вопрос 23. Архитектура эвм с длинным командным словом.
- •Вопрос 24. Процессор ia-64. Особенности построения и работы архитектура ia-64 (Merced)
- •Вопрос 25-26. Основные классы современных параллельных компьютеров. Numa, pvp, кластеры. Основные классы современных параллельных компьютеров. Mpp, smp
- •Массивно-параллельные системы (mpp)
- •Симметричные мультипроцессорные системы (smp)
- •Системы с неоднородным доступом к памяти (numa)
- •Параллельные векторные системы (pvp)
- •Кластерные системы
- •Вопрос 27. Вычислительные системы, классы архитектур.
Вопрос 23. Архитектура эвм с длинным командным словом.
Архитектура ЭВМ с длинным командным словом (VLIW – Very Long Instruction Word) позволяет сократить объем оборудования, требуемого для реализации параллельной выдачи несколько команд, базируется на множестве независимых командных устройств. Вместо того чтобы выдавать на эти устройства последовательные команды, операции упаковываются в одну очень длинную команду. Ответственность за вывод параллельно выдаваемых для выполнения команд полностью ложится на компилятор.
VLIW – появилась в России. Она не попадает под принципы фон Неймана (нарушает принцип программного управления, т.е. последовательного выполнения команд).
В суперскалярных процессорах задача распределения работы между вычислительными модулями решается аппаратно, что сильно усложняет дизайн процессора, и может быть чревато ошибками. В процессорах VLIW эта задача решается во время компиляции и в инструкциях явно указано, какое вычислительное устройство какую команду должно выполнять. Аппаратные средства, необходимые для реализации параллельной обработки, отсутствуют.
Например, VLIW-команда может включать две целочисленные операции, две с плавающей точкой, две операции обращения к памяти и операции перехода. Длина такой команды обычно 112-168 бит.
Для машин с VLIW-архитектурой был разработан новый метод планирования выдачи команд – трассировочное планирование. При его использовании из последовательности команд исходной программы генерируются длинные команды путём просмотра программы за пределами базовых блоков (линейный участок программы без ветвления). Компилятор с трассировочным клонированием определяет участок программы без обратных дуг (переходов назад), которая становится кандидатом для составления расписания. Обратные дуги обычно имеются в программах с циклами.
Для увеличения размера тела цикла широко используется методика раскрутки цикла, что приводит к образованию больших фрагментов программы без обратных дуг. Если дана программа, содержащая только переходы вперед, компиляторы делают эвристическое (эвристический – интуитивный) предсказание выбора условных ветвей. Путь, имеющий наибольшую вероятность выполнения (трасса), используется для оптимизации, проводимой с учетом зависимости по данным между командами и ограничением аппаратных ресурсов. Во время планирования генерируется длинное командное слово.
Все операции длинного командного слова выдаются одновременно и планируются параллельно. После обработки первой трассы планируется следующий путь, имеющий наибольшую вероятность выполнения (предыдущая трасса больше не рассматривается). Процесс упаковки команд последовательной программы в длинные командные слова продолжается до тех пор, пока не будет оптимизирована вся программа. Ключевым условием эффективной работы VLIW-машины является корректное предсказание выбора условных ветвей. Например, очень высокий прогноз условных ветвей имеется для научных программ.
Одни из первых VLIW-процессоров появились в конце 1980-х и были разработаны компанией Cydrome. В чистом виде архитектуру VLIW имеют процессоры TriMedia фирмы Philips. Микропроцессор Intel Itanium имеет 64-битную систему команд «с явным параллелизмом» (explicitly parallel instruction computing, EPIC), которая является одним из вариантов VLIW. Микропроцессоры серии «Эльбрус» («Эльбрус 2000», «Эльбрус S») являются VLIW-процессорами. VLIW также получила хорошее распространение на рынке GPU, так, видеопроцессоры AMD/ATI Radeon начиная с R600 и до современных имеют VLIW-архитектуру.