Όταν αυξάνεται ο αριθμός των εντολών, των οποίων η εκτέλεση ολοκληρώνεται από τη σωλήνωση στη μονάδα του χρόνου, τότε αυξάνεται η ρυθμαπόδοση . Αυτό σημαίνει αύξηση της ταχύτητας εκτέλεσης ενός προγράμματος.
Κεφάλαιο 1
|Ενότητα 2
|Ερωτήσεις
επισκόπησης |
Επόμενο
|Προηγούμενο
|Λεξικό όρων
Βασικά ζητήματα απόδοσης της σωλήνωσης.
Όταν αυξάνεται ο αριθμός των εντολών, των οποίων η εκτέλεση ολοκληρώνεται από τη σωλήνωση στη μονάδα του χρόνου, τότε αυξάνεται η ρυθμαπόδοση . Αυτό σημαίνει αύξηση της ταχύτητας εκτέλεσης ενός προγράμματος.
Αντιθέτως, έχουμε μικρή αύξηση του χρόνου εκτέλεσης κάθε εντολής. Αυτό οφείλεται στην επιβάρυνση του ελέγχου της σωλήνωσης. Λόγω αυτής της επιβάρυνσης δεν μπορούμε να έχουμε πάρα πολύ μεγάλο αριθμό σταδίων της σωλήνωσης γιατί ο έλεγχος θα γίνει εξαιρετικά πολύπλοκος και κατά συνέπεια το κόστος υλοποίησης της σωλήνωσης πολύ μεγάλο.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:
Θεωρήστε ένα μη σωληνωμένο υπολογιστή. Υποθέστε ότι έχει κύκλους ρολογιού των 10ns και ότι χρησιμοποιεί τέσσερις κύκλους ρολογιού για λειτουργίες της ALU και διακλαδώσεις και πέντε κύκλους ρολογιού για λειτουργίες στη μνήμη. Υποθέστε ότι οι σχετικές συχνότητες αυτών των λειτουργιών είναι 40%, 20% και 40% αντίστοιχα. Υποθέστε επίσης ότι η σωλήνωση του υπολογιστή προσθέτει χρονική επιβάρυνση 1ns. Αγνοώντας κάθε επίδραση άλλης καθυστέρησης, ποια είναι η επιτάχυνση στον ρυθμό εκτέλεσης των εντολών, την οποία κερδίζουμε με την σωλήνωση;Ο μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολών στο μη σωληνωμένο υπολογιστή είναι:
Μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολών = Κύκλος ρολογιού * Μέσο CPI
(Μ.Χ.Ε.Ε) = 10ns * ((40 % + 20 %)* 4 + 40 % * 5 )
= 10ns * 4.4
= 44ns
Στην εφαρμογή με σωλήνωση, το ρολόι πρέπει να τρέχει με την ταχύτητα του πιο αργού σταδίου συν την χρονική επιβάρυνση, η οποία θα είναι 10+1 ns. Αυτός είναι ο μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολής. Έτσι η επιτάχυνση που κερδίζουμε από τη σωλήνωση είναι
Επιτάχυνση από την σωλήνωση = (Μ.Χ.Ε.Ε.
χωρίς σωλ.)/(Μ.Χ.Ε.Ε. με σωλήνωση)= 44ns/11ns= 4φορές
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Υποθέστε ότι ο χρόνος που απαιτείται από πέντε λειτουργικές μονάδες, οι οποίες λειτουργούν σε κάθε έναν από τους πέντε κύκλους ρολογιού, είναι οι εξής: 10ns,8ns,10ns,7ns. Υποθέστε ότι η σωλήνωση προσθέτει 1ns χρονική επιβάρυνση. Βρείτε την επιτάχυνση από τη σωλήνωση, έναντι του υπολογιστή χωρίς σωλήνωση.
Αφού ο υπολογιστής χωρίς σωλήνωση εκτελεί όλες τις εντολές σε έναν κύκλο ρολογιού, ο μέσος χρόνος εκτέλεσης ανά εντολή είναι η διάρκεια του κύκλου ρολογιού. Η διάρκεια του κύκλου ρολογιού είναι ίση με το άθροισμα των χρόνων διάρκειας του κάθε σταδίου.
Μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολής = 10 + 8 + 10 + 10 + 7 = 45 ns Η διάρκεια του κύκλου ρολογιού σε έναν υπολογιστή με σωλήνωση είναι ίση με τη διάρκεια του πιο αργού σταδίου(10ns) συν την χρονική επιβάρυνση(1ns), δηλαδή 11ns. Αφού το CPI είναι 1, αυτό αποφέρει έναν μέσο χρόνο εκτέλεσης εντολής ίσο με 11ns. ΈτσιΕπιτάχυνση από την σωλήνωση = (Μ.Χ.Ε.Ε. χωρίς ) / (Μ.Χ.Ε.Ε. με )
= 45ns/11ns=4.1φορές
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 6
 |
 |
 |
 |