Аналіз функціонування конвеєрних обчислювальних систем. КС_6. "Аналіз функціонування конвеєрних обчислювальних систем"

• Название: "Аналіз функціонування конвеєрних обчислювальних систем"
• Анкор: Аналіз функціонування конвеєрних обчислювальних систем
• Дата: 19.11.2019
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: КС_6.docx
• Тип: Лабораторна робота; #95989

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет кібербезпеки, комп’ютерної та програмної інженерії

Кафедра комп’ютеризованих систем управління

Лабораторна робота №6

з дисципліни: “Комп’ютерні системи”

на тему: “Аналіз функціонування конвеєрних обчислювальних систем”

Виконав:

студент групи ФККПІ КС-323

Рогаченко М. С.

Перевірив:

Ковальов М. О.

Київ 2019

Мета роботи: аналіз функціонування та ефективності конвеєрних обчислювальних систем.

Короткі теоретичні відомості

Критерії ефективності конвеєрної системи. Як критерії ефективності розв’язання задачі (обчислення арифметичних виразів) будемо розглядати :

• 
  коефіцієнт прискорення
  

K_n=T₀/T_N , (1)

де T₀ –- час розв’язання задачі в традиційній ЕОМ (однопроцесорній), який дорівнює сумі часів виконання операцій додавання, множення та ділення; T_N – час розв’язання задачі в конвеєрній системі;

• 
  коефіцієнт завантаження конвеєра
  

K_з=T₀/(N*T_n), (2)

де N – кількість шарів в конвеєрі.

Приклад. Зробимо аналіз функціонування конвеєрних ОС різних типів для заданого арифметичного виразу

(A+B)+C/D+G+(K/L+M+N). (3)

Будь-який арифметичний вираз із змінними можна графічно подати у вигляді дерева. На рис. 1 зображено дерево арифметичного виразу (3):



Рис. 1

Час обчислення даного арифметичного виразу в традиційній ЕОМ можна визначити таким чином:

T₀=5T_C+2T_g+Т_m ,

де T_C – час операції додавання, T_g – час операції ділення, Т_m – час операції множення.

Нехай задано τ_с =1, τ _g=5τ_с, τ _m=2τ_с, де τ_с – час операції додавання в одному шарі конвеєра, τ _g – час операції ділення в одному шарі конвеєра, τ _m – час операції множення в одному шарі конвеєра. Відповідно T_C= N* τ_с; T_g= N*5* τ_с; Т_m=N*2* τ_с. Тоді при послідовному виконанні всіх операцій даного виразу в конвеєрі з N=4, де N – кількість шарів конвеєра T₀=5*4*τ_с +2*4*5*τ_с + 4*2*τ_с =68 τ_с .

1) Розглянемо діаграму роботи конвеєра з динамічною перебудовою, наведеного на рис. 1, для випадку з N=4 (рис. 2).



Рис. 2

Використовуючи вирази (1) та (2), визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

K_n=T₀ /T_дин =1,62;

K_З=T₀ /(N*T_ДИН)= 0,405.

2) Розглянемо діаграму роботи конвеєра зі статичною перебудовою (рис. 3).



Рис. 3

Використовуючи вирази (1) та (2), визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

K_n=T₀ /T_ст =1,45;

K_З=T₀ /(N*T_ст)= 0,362.

3) Розглянемо діаграму роботи конвеєра з постійним тактом (рис. 4).



Рис. 4

Використовуючи вирази (1) та (2), визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

K_n=T₀ /T_пост =1,24;

K_З=T₀ /(N*T_пост)= 0,309.

В табл. 1 наведено значення коефіцієнтів прискорення та завантаження під час розв’язання задачі обчислення арифметичного виразу в конвеєрах різних типів.

Таблиця 1 Значення коефіцієнтів прискорення та завантаження

Тип конвеєра	Кn	КЗ
з динамічною перебудовою К2.1	1,62	0,405
зі статичною перебудовою К2.2	1,45	0,362
з постійним тактом К1	1,24	0,309

Аналіз результатів ефективності конвеєрів різних типів під час розв’язання задачі, що розглядається, дозволяє зробити такі висновки:

• 
  використання конвеєру типу К2.1 дозволяє розв’язати задачу за мінімальний час;
  
• 
  за ступенем використання обладнання (завантаження конвеєра) перевагу слід віддати конвеєру типу К2.1.
  

Хід виконання роботи

Номер варіанта	N	τ*	τ/	Арифметичний вираз
12	3	3	4	A*B*C+D*E+F(G+H)+K+L

Арифметичний вираз подано в вигляді дерева на рис. 1.



Рис. 1

Час обчислення даного арифметичного виразу в традиційній ЕОМ можна визначити таким чином: T0 = 5TC+4Тm = 5*3+4*3*3 = 51;

1. 
   Розглянемо діаграму роботи конвеєра з динамічною перебудовою, наведеного на рис. 1, для випадку з N=3 (рис. 2).
   

Рис. 2

Тк2.1 = 26

Визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

Кn = 51/26 = 1.96

Кз = 51/(2*26) = 0.98

2. 
   Розглянемо діаграму роботи конвеєра зі статичною перебудовою (рис. 3).
   

Рис. 3

Тк2.2 = 33

Визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

Кn = 51/33 = 1.55

Кз = 51/(2*33) = 0.77

3. 
   Розглянемо діаграму роботи конвеєра з постійним тактом (рис. 4).
   

Рис. 4

Тк1 = 39

Визначимо коефіцієнти прискорення та завантаження:

Кn = 51/39 = 1.31

Кз = 51/(2*39) = 0.65

В табл.1 наведено значення коефіцієнтів прискорення та завантаження під час розв’язання задачі обчислення арифметичного виразу в конвеєрах різних типів.

Тип конвеєра	Кn	КЗ
з динамічною перебудовою К2.1	1,96	0,98
зі статичною перебудовою К2.2	1,55	0,77
з постійним тактом К1	1,31	0,65

(Таблиця 1: Значення коефіцієнтів прискорення та завантаження)

Висновки: В результаті виконання роботи було проведено аналіз функціонування та ефективності конвеєрних обчислювальних систем. Зрештою, можна зробити такі висновки: використання конвеєру типу К2.1 дозволяє розв’язати задачу за мінімальний час; за ступенем використання обладнання (завантаження конвеєра) перевагу слід віддати конвеєру типу К2.1.