وازیمردازش پ و

ایپالینپ

پردازش موازی:

پردازش م�وازی ب�ه مع�نی ب�ه ک�ارگیری تکنی�ک ه�ای متن�وع در •پ�ردازش همزم�ان داده هاس�ت ک�ه ب�ه منظ�ور اف�زایش س�رعت محاس�بات سیس�تم ه�ای ک�امپیوتری م�ورد اس�تفاده ق�رار می گ�یرد. مثال وج�ود چندپردازن�ده در ی�ک سیس�تم ی�ا وج�ود چن�دین

ی�ا وج�ود چن�دین پ�ردازش ALUواح�د اج�رایی از نمون�ه ه�ایی موازی هستند.

•1 -SISD (Single Instruction Stream Single Data Stream)

هستند که یک دستور روی یک داده می توانند CPUدارای یک • دارند. بعضی ALUاجرا کنند. یعنی یک واحد کنترل و یک

نیز میگویند.فن نیومن منابع این نوع را معماری

البته به طور داخلی می توانند با کمک پایپالین از پردازش •موازی ببرند. )در برخی منابع گفته شده است که پاییالین

MISD است( )حتی بعضی منابع گفته اند پایپالین MIMD است(

•2 -SIMD (Single Instruction Stream Multiple Data Stream)

•( پردازشگر واحد چندین و کنترل واحد یک PE:Processing element هم�ه ب�رای کن�ترل واح�د دارن�د. )PE دس�تور ی�ک ه�ا

ه�ا دس�تور را روی داده ه�ا مختل�ف انج�ام PEص�ادر می کن�د و می دهند.

( در این دسته هستند.Array Processorآرایه های پردازنده ) •

را SIMDمث�ال زی�ر از ی�ک ماش�ین •نش�ان می ده�د ک�ه ب�ه آن ماش�ین

( ( vector machineب���رداری دارای ماش��ین این nگوین��د.

( اس�ت ک�ه ALUواح�د محاس�باتی )ورودی ه�ا ب�ه ص�ورت برداره�ای

n ه�ر و ش�وند می وارد ت�ایی ALU این از مؤلف�ه ی�ک روی

ب�ردار عملی مث�ل جم�ع را انج�ام می دهد.

Input vectors

Vector ALU

A B

Output vector

46327838

53134188

99451191116

A B A+B

3 -MISD (Multiple Instruction Stream Single Data Stream)هیچ عمال چ�ون اس�ت اهمیت ح�ائز تئ�وری نظ�ر از فق�ط ب�رخی در اس�ت. نش�ده ب�ا چ�نین س�ازمانی س�اخته سیس�تمی

( خطا پذیر تحمل های سیستم که شده گفته Faultمنابع tolerant .در این دسته هستند )

مع�رفی ش�ده MISDهمچ�نین پ�ایپالین ن�یز در ب�رخی من�ابع ن�وعی ( ن�یز Systolic- arrayاس�ت و ش�اید کامپیوتره�ای آرای�ه ای تپن�ده )

MISD.هستند

4 -MIMD (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)

ه�ای داده روی زم�ان ی�ک در را برنام�ه چن�دین توانن�د می چن�د و ای پردازن�ده چن�د ه�ای سیس�تم کنن�د. اج�را متف�اوت

کامپیوتری در این دسته هستند.

شکل زیر یک چند پردازنده را نشان می دهد که از یک حافظه اشتراکی استفاده می کند.

به منظور کاهش تداخل دسترسی ها، هر پردازنده می تواند حافظه محلی نیز داشته باشد که در شکل زیر

نمایش داده شده است.

cpoaCPU

cpoaCPU cpo

aCPU cpoaCPU

طبقه بندی های فوق همه معماری ها را توجه:.پوشش نمی دهد

cpoaCPU

cpoaCPU cpo

aCPU cpoaCPU

Shared memory

Bus

Local memori

esShared memory

Bus

(pipeline)پایپالین )خط لوله(: •

پایپالین تک�نیکی اس�ت ک�ه ی�ک عم�ل س�ری را ب�ه عملی�ات ج�زئی •عملی�ات س�ایر ب�ا همزم�ان ج�زئی عم�ل ه�ر و کن�د می تفکی�ک

جزئی قابل انجام است.

بن�د)• تع�دادی از پ�ایپالین واق�ع تش�کیل ش�ده state, stageدر )اس�ت ک�ه ه�ر بن�د وظیف�ه خاص�ی ب�ه عه�ده دارد و بن�دها می توانن�د

همزمان عملیات خاص خود را انجام دهند.

لول�ه ش�امل • ک�ه خ�ط کنی�د ف�رض )کاره�ا( 4مثال و اس�ت بن�د task .ها به ترتیب وارد این بندها می شوند

فرض کنید هر بند یک کالک به طول می انجامد، بنابراین•

می شود 1 وارد بند 1، کار 1 در کالک •

می 1 وارد بن�د 2 می ش�ود و ک�ار 2 وارد بن�د 1 ک�ار 2 در کالک •شود

وارد 3 و ک�ار 2 وارد بن�د 2 و ک�ار 3 وارد بن�د 1 ک�ار 3در کالک • می شود1بند

به ازای ه�ر بن�د ی�ک ثب�ات )لچ( الزم اس�ت و ب�ه ثباته�ای کالک •زده می ش�ود ت�ا بن�دها ب�ا هم س�نکرون ش�وند. پری�ود کالک بای�د ط�وری تنظیم ش�ود ک�ه بن�دها فرص�ت کنن�د عملی�ات خ�ود

را کامل کنند.

1 2 43 5 61 32 4 5

21 3 41 2 3

4

3

2

1

بند

زمان

1خروج

2خروج 3خروج

پایپالین محاسباتی:•

این مدل برای پیاده سازی عملیات •ممیز شناور، ضرب اعداد ممیز ثابت و سایر اعمال محاسباتی

انجام می شود.

فرض کنید بخواهیم دو عدد نرمال • و را با هم شده ممیز شناور

مانتیس A,Bجمع و تفریق نماییم. نما هستند.a,bو

مشخص شده اند Rثبات هایی که با برای ذخیره نتایج میانی استفاده

شده اند.

بند انجام می 4عملیاتی که در این شوند شامل:

: مقایسه نماها1بند -

: تنظیم مانتیس2بند -

: حمع و تفریق مانتیس ها3بند -

: نرمال کردن نتیجه4بند -

انتخاب نمای مناسب

نرمال کردن نتیجه

مقایسه نماها با تفریق

تنظیم نما

جمع یا تفریق مانتیس

ها

تنظیم مانتیس

R R

R

R

R

R

R

R

a b A Bنما مانتیس

حاصل مقایسه1بند

2بند

3بند

4بند

پایپالین دستور:•

سیکل دستور یک سیکل ترکیبی •است که با کمک پایپالین می توان

مراحل را روی هم انداخت. مثال فرض کنید در یک ماشین مراحل

اجرای دستور عبارتند از:

(FI)- واکشی دستور 1

- ترجمه دستور و محاسبه آدرس 2(DAموثر )

(FO- واکشی عملوند )3

- اجرا و ذخیره حاصل در یک 4مکان مناسب

واکشی دستور

ترجمه دستور و محاسبه آدرس موثر

واکشی عملوند از

حافظه

اجرای دستور

Interrupt

handling

Update PC

Empty pipe

Interrupt?

Branch?yes

yes

No

Segment 1:

Segment 2:

Segment 3:

Segment 4:

انواع مخاطرات در پایپالین:•

مخاطرات ساختاری:•

ناشی از کمبود منابع مانند حافظه مثال حافظه دستور و همزمان نمی توانند FO و FIآدرس یکسان هستند پس عمل

اجرا شوند.

مخاطرات داده ای:•

ناشی از وابستگی بین دستورات مثال یک دستور در مرحله FO نیاز به واکشی عملی دارد که در همان لحظه توسط

.دستور قبلی در حال تولید است

مخاطرات کنترلی:•

ناشی از وجود دستورات انشعاب بخصوص انشعاب شرطی مثال ممکن یک دستور انشعاب ترتیب اجرای برنامه را بهم ریخته و تا زمان اجرای کامل دستور نتوان دستور بعدی را

انتخاب کرد.