Солонина А., Улахович Д. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов (2002) (1095891), страница 14
Текст из файла (страница 14)
на которые разбивается процесс выполнения команды, отличается в разнообразных процессорах. лл " процессорах Т! С2Х сугцсствует три этапа конвейера: выборка. леколиРование, выполнение команлы. В процессорах Т1 С24Х. С5Х, С20Х вЂ” четгаре этапа: пыборла команды. леколирование команды, подготовка операнда, выполнение. В процессорах Т! С5000 — шесть этапов. В процессорах С6000 количество этапов перемешгое и доходит до 11. лл В процессорах АГ>! АО2100 и АО210бх — трп этапа. л) В процессорах Могопэ!а О5Р56К вЂ” три этапа, а в процессоре П5 Р56 300 — се ч ь.
Глава Я. Архитектура цифровых процессоров сбрабсгни сигналов Следует отметить, что приведенные названия этапов не отражают полностью характер выполняемых действий, т. к. на определенном этапе команды ~агут осуществлять несколько действий, например на этапе декодирования а!ожет начинаться молификашгя содержимого регистров лля подготовки операнлов и т. д.
Время выполнения одного агапа команды называют кадгпидггьлгг цш гам работы процессора (иногда — тактом работы процессора). Время командного цггкла, как правило, равно периоду внутренней тактовой частоты работы процессора. (Внешняя частота сигнала управзенггя. подаваемая на выводы процессора, может отличаться от внутреннеи частоты работы процессора.) На рис. 2.5 приведена схема выполнения команды во времени и обозначения этапов прн разделении ее на четыре этапа. Номер цикла г+2 !+г Рис.
2.5. Выполнение команды по этапам На рис. 2.6 прелставлена схема неконвенерного (полностью последовательного) способа выполнения команд. В этом случае время выполнения команды Раино 4-ч циклам; врелгл выполнения гл команд равно 4гв циклов. и ая команда гп+ 1>-аа мгманда арама аыпалквнин к кОманды Рис.
2.6. Нвканвейерное выпопнение команд На и Рггс. 2.7 изображен конвейерный способ работы ломанд. при котором Различные этапы выполнения разных комшш совлгепгггются. При этом время выполи олнения кало!ой отдельной колынды остается по-прежнему равным 4-лг шг ила клалг, олнако результаты выполнения отдельных команд будут появляться че ез врез интервал времени, равный олнолгу циклу (при большолг количестве после ледовательно выполняемых команл). Период появления результатов калган ' нд и считается в агом случае временем еыоаеиеоии команды.
Алгоритмы и процессоры цифровой обработки ситналое Глава 2 Архитектура цифроеык процессоров обработки сигкалое 85 и-вя команда 1п + 2)-вя команда период появления результатов выполнения команды Рис. 2ЛЛ Конвейерный способ выполнения команд В табл. 2.1 приведено распределение во времени различных этапов разных колыи при конвейерном способе выполнения.
Таблица 2 т. Распределение этапов команд при конвейерном способе выполнения Конвейерное выполненно команд возлгожио при условии, что в процессоре имеются нсслолько функциональных узлов лля выполнения одновременно различныл этапов с разными даннымп. относящимися к разным колгандам. В частности использование гарвардской архитектуры поз~юляет одновременно выбиразь команду из памяти т|рограл~м и ланные из палкяти данных. Виды олноврсл~еппо рабочающпх функциональных узлов будут рассмотрены далее. На стациопар|юсть функционирования конвейера, изображенного на рис.
2.7, последовптельность выполнения этапов которого торажсна в табл. 2.1, влияет несколько факторов. 0 Длина команды. Для нормальной работы конвейера все ломанлы лолжиы иметь одно и то же количество слов, чтобы их выборка всегда занилкала одинаковое время.
С) Внд исяалияемай программы. Для того чтобы команды про~ )тал1лиа выпол- нялись строго в соответствии с порядком, приведенном в табл. 2.1, про- грамлка должна носить линейный харалтер (без команд условныл переходов), иными словами порядок слелования команд должен быть предопределен. Если же после данной лол1анды осущссталяетси колщпда условнога перехода, го следующая команда определится только после последнего этапа ее выполнения, т. е.
вычисления условия. При этом люжет оказаться. что должна выполняться команда, цс слелующая по поряллу в записи программы (и уже выбранная). Тогла выборку команды необходимо начинать заново, и проислолит потеря нескольких циклов. Кроме того, последовательность выполнения этапов разных команд может нарушаться при безусловных переходах, переходах к выполнению подпрограмм и возвратах в основную программу„прерываниях основной программы и возврапж в пее, выполнении циклов.
При нарушении стационарного последовательного характера выполнения этапов команд, т. е. нарушениях но)змального функционирования конвейера, 1юзннкают так называемые «окфхккглы «еквейерп. Рассмотрим пример. Пусть в процессоре ТМ5320С5х требуется выполнить коман чы +; загрузка аккумулятора дав к2000ь к прибавление к содерзиыоыу аккумулятора числа Вдот. *+ т сохранение в памяти результата Первая и третья команды имеют длину одно слово, а вторая — два слова. Во втором слове этой команды записано непосредственное число 20000.
которое прибавляется к содержимому аккумулятора. Порядок выполнения и распрелеление этапов, рассл~атриваемых трех команд по циклам, приведены в табл. 2.2. В результате того, что лля выборки из пал~яти второго слона команды дов требуется дополнительный цикл, происходят задержка выборки и делотирования третьеи ломанды и затягивание выполнения всей последовате'и ности ломанл. Полобный вариант затягивания выполнения колшнд при использовании команд разной длины имеет место и в других процессорах Т1. процессорах Могого1в 05Р56К. В процессорах АО! все комаплы имеют ошпыковмо длину. Таблице 2.2.
Порядок выполнения и распределение эталоа команд гю циклам бг бб Алгоритмы и процесс ы цифровой обработки сигналов глава 2. Архитектура цифровых процессоров обработки сигнвлоа Таблица 2.2 (окончание) Иногда прн выполнении команд конфчикты конвейера возникают на аппаратном уровне. Примерамп могут служить следующие ситуации О Требуется иа одном этапе осуществить выборку из внешней памяти команды и данных. Все пропессоры имеют олпу шину данных для обращения к внешней памяти и в подобных ситуациях возникают циклы ожидания. Циклы ожидания появляются также при обращении к "медленной" внешней памяти (глл разд.
2.5). Для предотвращения подобных конфликтов необхолггмо знать возможности процессора и размешать секшш команд и данных по различным блокам памяти, например, допускаюшил~ двойной доступ зз олин цикл. О Возникновение иеобхпзимости иа разных этапах вьшолиеиия комаид использовать одни и те же фупкциоиальиые узлы или одни и те же данные. Например, в процессорах Могого!а ОВР56К нельзя загружать регистр адреса в данной ломанде и использовать его же в качестве счетчика следующей.
Другой пример. Пусть в процессоре ТМз320СЗх должны последовательно выполняться команлы загрузка вспомогательного регистра ЛВ7 константой лот 9, ха 7 мртг *лаз, зс умиааеииа с использаааиием ллл атдпесации аспсмогательиого регистра Ляз В процессорах СЗХ нл1еет место условие: если загружается вспомогательный регистр, использование любого другого вспомогательного регистра задерживается, пока не закончится процесс записи. Таким образом, декодирование второй команды будет ззлержано ло окончания выполнения первой. При возникновении конФликта на уровне эксплуагацин функционзлы~ых устройств п)юцессор в большинстве случаев автоматически лобавляет пустые такты или циклы.
Прн использовании процессоров Мошго!а в подобных случаях имеет л~есто слелуюшее. Ассемблер Моюго!а имеет опшпо яв, при использовании которой нз этапе трансляции в программ) автоматически вставляются пустые команлы нож В противном случае генерируется сооб- шенне об ошибке. Тел~ самым предоставляется возлшжность самому прогрзл~мнсту выбрать способ программы. Как уже отмечалось выше, с конвейерным принш~пом выполнения команд связан вопрос определения времени выполнения команды.
Врезтя выполнения эгпана команды — шштезьность командного цикла обычно совпадает с периодом основной частоты работы процессора. В этом случае время выполнения команд, разбиваемых на четыре этапа в нормально работающем (без конфликтов. см. табл. 2.1) конвейере, фактически равно 4-м циклам или периодам частоты работы процессора. Однако такие команды считаются олноцикловыми (однотактовымн), т. е. время их выполнения равно длительности команлного цикла Таким образом, пол временем выполнения колтанды понимается не время обработки олиночной команды, а время появления результатов выполнения команды в длинной последовательности лругих.
(Оно подобно периоду появления автомобилей на конце сборочного конвейера; в то время как время движения автомобиля по конвейеру может быть существенно больше.) Если же выполнение команды требует дополнительных этапов (типа выборки второго слова команлы) по сравнению с другимц кол~аылал!и процессора, то время ее вьшолпения увеличивается на соответствующее количество ш1клов. В некоторых случаях. например прп конфликтах использования одних функциональных узлов послсловатсльно выполняемылш команлалш, фактическое время выполнения команды зависит от применяемой последовательности кол!анд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
