Κεφάλαιο 1 |Ενότητα 3 |Ερωτήσεις επισκόπησης | Επόμενο |Προηγούμενο |Λεξικό όρων
 


Απόδοση σωληνώσεων με καθυστερήσεις

 

Ο τύπος (1) είναι γενικός τύπος και ισχύει για κάθε πρίπτωση.

 

(1)

Επιτάχυνση λόγω σωλήνωσης = Μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολής χωρίς σωλήνωση/

Μέσος χρόνος εκτέλεσης εντολής με σωλήνωση

= CPI χωρίς σωλήνωση * κύκλος ρολογιού χωρίς σωλήνωση /

CPI με σωλήνωση * κύκλος ρολογιού με σωλήνωση

= (CPI χωρίς σωλήνωση/ CPI με σωλήνωση )* (Κύκλος ρολογιού χωρίς σωλήνωση/ Κύκλος ρολογιού με σωλήνωση)

 

Σύμφωνα με τον τύπο (1) η επιτάχυνση της σωλήνωσης μπορεί να οφείλεται σε δύο λόγους:

   * Ελάττωση του CPI.
   * Ελάττωση της διάρκειας του κύκλου ρολογιού.


Επομένως θα εξετάσουμε τη σωλήνωση και τις επιδράσεις της στην επιτάχυνση του υπολογιστή που εφαρμόζεται και από τις δύο αυτές πλευρές.

Α) Εξετάζουμε τη σωλήνωση από την πλευρά της ελάττωσης του CPI:

CPI με σωλήνωση = Ιδανικό CPI + αριθμός κύκλων ρολογιού καθυστέρησης ανά εντολή της σωλήνωσης =

= 1 + αριθμός κύκλων καθυστέρησης ανά εντολή λόγω σωλήνωσης   (1α)

(Το ιδανικό CPI για τον σωληνωμένο υπολογιστή είναι σχεδόν πάντα ίσο με 1)


Αν αγνοήσουμε τη χρονική επιβάρυνση, λόγω σωλήνωσης, στον κύκλο ρολογιού και υποθέσουμε ότι όλα τα τμήματα εκτελούνται σε ίδιο χρόνο

Τότε:

(3)

Αύξηση της ταχύτητας = CPI χωρίς σωλήνωση / 1+ αριθμός κύκλων καθυστέρησης ανά εντολή λόγω σωλήνωσης



Μια σημαντική περίπτωση είναι όταν όλες οι εντολές χρειάζονται τον ίδιο αριθμό κύκλων, ο οποίος πρέπει να είναι ίσος με τον αριθμό των σταδίων της σωλήνωσης. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των σταδίων της σωλήνωσης ονομάζεται βάθος της σωλήνωσης.



ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1

 Να συγκρίνετε το βάθος της σωλήνωσης με την τιμή του CPI σε έναν υπολογιστή χωρίς σωλήνωση. Μπορείτε να αντικαταστήσετε την τιμή του CPI στον τύπο (2) έτσι ώστε να περιλαμβάνει και το βάθος της σωλήνωσης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 1

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2

 Μπορείτε να εξηγήσετε πως επηρεάζεται η απόδοση όταν δεν υπάρχουν καθυστερήσεις στη σωλήνωση; Η απόδοση αυτή σχετίζεται με το βάθος της σωλήνωσης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 2

 Β) Εξετάζουμε τη σωλήνωση από την πλευρά της ελάττωσης της διάρκειας του κύκλου ρολογιού:

Υποθέτουμε ότι το CPI ενός υπολογιστή χωρίς σωλήνωση είναι 1. Τότε έχουμε από τις σχέσεις (1) και (2):

 

(4)

Αύξηση της ταχύτητας = (1/ 1+ κύκλοι ρολογιού καθυστέρησης ανά εντολή λόγω σωλήνωσης)*

*(Κύκλος ρολογιού χωρίς σωλήνωση/Κύκλος ρολογιού με σωλήνωση)

Όταν τα στάδια της σωλήνωσης :

είναι τέλεια ισορροπημένα και

δεν υπάρχει χρονική επιβάρυνση τότε

(Ι)

Κύκλος ρολογιού με σωλήνωση = Κύκλος ρολογιού χωρίς σωλήνωση/Βάθος σωλήνωσης

(ΙΙ)

Βάθος σωλήνωσης = Κύκλος ρολογιού χωρίς σωλήνωση/Κύκλος ρολογιού με σωλήνωση

 

Έτσι η σχέση (4) λόγω των (Ι) και (ΙΙ) γίνεται:

 Αύξηση της ταχύτητας λόγω σωλήνωσης = (1 /1+ κύκλοι καθυστέρησης σωλήνωσης ανά εντολή) * Βάθος σωλήνωσης.

 

Παρατηρήστε ότι αν δεν υπάρχουν καθυστερήσεις, η επιτάχυνση είναι ίση με τον αριθμό των σταδίων της σωλήνωσης.