21. Классификация способов организации simd-архитектуры с пояснениями

С уть матричной структуры заключается в том, что имеется множество процессорных элементов, исполняющих одну и ту же команду над различными элементами матрицы, объединенных коммутатором. Основная проблема заключается в программировании обмена данными между процессорными элементами через коммутатор.Векторно-конвейерная структура компьютера содержит конвейер операций, на котором обрабатываются параллельно элементы векторов и полученные результаты последовательно записываются в единую память. При этом отпадает необходимость в коммутаторе процессорных элементов.Технология MMX она разработана для ускорения выполнения мультимедийных и коммуникационных программ. В ММХ используются 4 новых типа данных и 57 новых инструкций. Команды ММХ выполняют одну и ту же функцию с различными частями данных. Потоковые SIMD-расширения (SSE) реализуют 70 новых SIMD-инструкций, оперирующих со специальными 128-битными регистрами. Каждый из этих регистров хранит 4 вещественных числа одинаковой точности. Таким образом, выполняя операцию над двумя регистрами, SSE фактически оперирует четырьмя парами чисел, т.е. благодаря этому процессор может выполнять до четырех операций одновременно.

22. Конвейерная технология выполнения команд

Процедура выполнения команд процессором включает несколько характерных этапов. В простейшем случае можно выделить как минимум четыре этапа обработки команд: выборка (ВК), декодирование (ДК), выполнение операции (ОП) и запись результата (ЗР).

Каждый этап в процессоре выполняется за один такт. При последовательной обработке команд выполнение следующей (n + 1) команды начинается только после завершения предыдущей (n) команды. Это приводит к низкой производительности и простоям аппаратуры процессора.

Для улучшения этих характеристик используется параллельное  выполнение нескольких команд путем совмещения в каждом такте различных этапов их обработки После выборки n команды во 2-ом такте идет ее декодирование и выборка n + 1 команды. В третьем такте выполняется n-ая команда, декодируется n + 2 и осуществляется выборка n + 3 команды и т. д. Такая организация работы процессора называется конвейерной обработкой (конвейером команд).

Совмещенные принципы обработки (конвейер команд) существенно увеличивают пропускную способность процессора.

Приостанов работы конвейера вызывает любая команда условного перехода в программе или взаимозависимость команд, т. е. использование следующей командой результатов предыдущей команды.

Причина увеличения длины конвейера заключается в том, что многие команды являются довольно сложными и не могут быть выполнены за один такт процессора, особенно при высоких тактовых частотах. Поэтому каждая из четырех стадий обработки команд (выборка, декодирование, выполнение и запись) может состоять из нескольких ступеней конвейера. Собственно, длина конвейера – это одна из наиболее значимых характеристик любого процессора. Чем больше длина конвейера, тем большую частоту можно использовать в процессоре.