Twoje PC  
Zarejestruj się na Twoje PC
TwojePC.pl | PC | Komputery, nowe technologie, recenzje, testy
M E N U
  0
 » Nowości
0
 » Archiwum
0
 » Recenzje / Testy
0
 » Board
0
 » Rejestracja
0
0
 
Szukaj @ TwojePC
 

w Newsach i na Boardzie
 
TwojePC.pl © 2001 - 2020
RECENZJE | Technika. Droga ku wydajności
    

 

Technika. Droga ku wydajności


 Autor: Zbyszek | Data: 23/04/07

Kłopotliwe przeskoki

Aby jednak atrakcji nie było za mało, całą sytuacje dodatkowo bardzo skomplikowały rozkazy takie jak rozgałęzienia czy instrukcje warunkowe. Instrukcje te są wykonywane lub nie, w zależności od wyników wcześniejszych instrukcji programu, i mogą ( lecz nie muszą ), powodować przeskok do innego fragmentu kodu. W efekcie procesor nie wie, czy skok zostanie wykonany, czy też nie.

Wykonanie przeskoku niesie za sobą dość poważne konsekwencje, a mianowicie unieważnienie całej następującej po nim zawartości potoku. Każdorazowo po wykonaniu przeskoku, konieczne jest wstrzymanie potoków, opróżnienie ich zawartości, i ponowne pobranie instrukcji, począwszy od rozkazu, do którego wykonany został przeskok. A co w wypadku, gdy instrukcja do której program skacze znajduje się w pamięci operacyjnej?
Wówczas cały proces przeładowywania potoków, trwający przeciętnie kilkadziesiąt taktów zegara wydłuża się o kilkaset cykli zegara, niezbędnych do wykonania komunikacji z pamięcią operacyjną celem pobrania owej instrukcji.

Co gorsza, taka konieczność zachodzi praktycznie zawsze, bo stosunkowo niewielka pamięć podręczna procesora mieści tylko bardzo mały fragment całego programu znajdującego się w pamięci operacyjnej. Przeładowanie potoków połączone z koniecznością czasochłonnego pobrania instrukcji, do której wykonywany jest skok, powoduje oczywiście stosunkowo długą przerwę w wykonywaniu rozkazów, i drastycznie wpływa na spadek wydajności całego procesora.

Aby jednak tak bardzo niekorzystna sytuacja nie miała miejsca za każdym razem wystąpienia przeskoku, w Pentium zastosowane zostało rozwiązanie pozwalające znacznie przyśpieszyć przeładowywanie potoków. Jakim sposobem? Skoro instrukcja i tak będzie musiała zostać pobrana z pamięci, praktycznie za każdym razem wykonania przeskoku, należy sprawić, by jej pobranie nie zatrzymywało pracy całego procesora na kilkaset cykli zegara. Jak? Po prostu - zacząć ją wcześniej pobierać!

W tym celu w układzie zaimplementowano system predykcji rozgałęzień programu, pozwalający znacznie przyśpieszyć pobranie z pamięci instrukcji, do której wykonywany jest skok. Rozwiązanie to szybko stało się standardem, i dziś jest wykorzystywane przez każdy procesor x86.

Zadaniem systemu predykcji rozgałęzień jest nieustanna analiza przetwarzanego programu, czyli ciągu instrukcji, w celu sprawdzenia czy wczytywane instrukcje warunkowe i rozgałęzienia, spowodują przeskok do innego fragmentu kodu, czy nie, i wykonywana będzie dalsza kolejna części kodu. Dlatego system ten wyposażono w zaawansowane algorytmy prognozujące. Jeżeli system wytypuje, że skok zostanie wykonany, odpowiednia instrukcja jest natychmiast, jeszcze przed wykonaniem przeskoku, pobierana z pamięci operacyjnej do pamięci cache układu.

Dzięki temu, w momencie wykonania przeskoku, proces przeładowywania potoków nie musi już oczekiwać na konieczność czasochłonnego pobierania owej instrukcji z pamięci RAM, bo ta znajduje się już w pamięci cache układu. W efekcie przeładowywanie potoków trwa zdecydowanie krócej, co nie pozostaje bez pozytywnego wpływu na wydajność CPU.

Jeżeli natomiast dojdzie do pomyłki w przewidywaniach, w pamięci cache procesora nie znajdą się potrzebne instrukcje, które powinny być właśnie wykonywane i praca potoków wykonawczych zostanie zatrzymana do czasu ich pobrania z pamięci. Z tego powodu trafność przewidywań systemu predykcji skoków, jest kluczowa dla wydajności całego procesora.

W celu osiągnięcia jak największej skuteczności w przewidywaniu skoków, system ten wyposażono także w możliwość sprawdzania historii ostatnio wykonywanego przez procesor kawałka kodu. W efekcie tego sprawdzone zostaje też, czy aktualnie wczytywana instrukcja, mogąca potencjalnie spowodować przeskok, była już wcześniej wykonywana, a jeżeli tak, to jak się wówczas zachowała. Może to nieść cenną podpowiedź, i ułatwić prognozę, jak teraz zachowa się właśnie wczytywany rozkaz.
Okazało się to szczególnie pomocne, w przypadku wykonywania wielokrotnie powtarzających się skoków.

System predykcji rozgałęzień zastosowany w Pentium, cechował się trafnością predykcji wynoszącą około 80%, i przyczynił się do znacznego zniwelowania strat wydajności, powodowanych przez konieczność przeładowywania potoków, połączoną z czasochłonnym odwołaniem do pamięci operacyjnej.

Jednak pozostałe problemy zachodzące w potokach wykonawczych, doprowadzające do ich częstego wstrzymywania i w efekcie dużego spadku wydajności procesora, takie jak instrukcje bezpośrednio odwołujące się do pamięci operacyjnej, czy zależności zachodzące pomiędzy instrukcjami znajdującymi się w równoległych potokach, wciąż występowały.
Konieczne stało się wymyślenie, wzorem systemu predykcji rozgałęzień, rozwiązań w jak największym stopniu minimalizującym ich negatywne skutki. Na to potrzeba było czasu.







Polub TwojePC.pl na Facebooku

Rozdziały: Technika. Droga ku wydajności
 
 » CISC i RISC
 » Architektura potokowa
 » Wydajny RISC
 » Ogromne możliwości
 » Kod x86 niewygody dla architektury RISC
 » Pierwsze kroki x86 w stronę RISCa
 » Przetwarzanie potokowe i x86 - mieszanka wybuchowa
 » Kłopotliwe przeskoki
 » 1995 - rok procesorowych rewolucji
 » Bez kuli u nogi
 » Poza kolejnością
 » Więcej mocy
 » Jedna instrukcja, wiele danych
 » Wciąż słabe zmienne przecinki
 » SSE - druga generacja SIMD w układach x86
 » 128 bitowe zmiennoprzecinkowe FPU - coraz bliżej RISCa
 » x86-64 - więcej rejestrów
 » Zjedzona od środka
 » Zakończenie oraz Słowo od Autora
 » Kliknij, aby zobaczyć cały artykuł na jednej stronie
Wyświetl komentarze do artykułu »