Для чего нужен ленточный конвейер
Перед тем как рассказать об устройстве ленточного конвейера, давайте ознакомимся с этим видом промышленного оборудования.
Практически во всех отраслях промышленности используются ленточные конвейеры, иначе называемые ленточные транспортеры (от англ. belt conveyor), которые обеспечивают непрерывность процессов транспортировки различных видов грузов и материалов. Их применение позволяет доставлять до нужного объекта штучные грузыиматериалы, имеющие сыпучую/кусковую структуры. Транспортировка, какв горизонтальном, так и в наклонном положении (при угле наклона 18°), обеспечивается за счет особой конструкции устройства. Благодаря использованию специальных транспортеров в карьерах и шахтах, осуществляется доставка не только добываемых природных ископаемых к погрузочному пункту или на предприятие, но и людей.
Горизонтальные и комбинированные трассы, по которым производится транспортировка, могут достигать длины в 10-12 км. Производительность конвейеров измеряется кубометрами перемещаемых грузов в час. В некоторых областях достаточным количеством считается несколько кубометров, а в других необходимо осуществлять транспортировку нескольких тысяч кубометров в час. По ширине конвейерные ленты встречаются как узкие (30 см), так и достаточно широкие (2 м).
Различают конвейерные ленты, перемещающие грузы с разной скоростью, от 0,5 до 5 м/с. В соответствии с принятыми нормативами при ручной разборке грузов, скорость движения ленты должна быть минимальной. Выбор ленты зависит от тех, параметров, которые необходимы для транспортировки конкретного вида грузов. Таким образом, во внимание принимаются степень трения об ленту, скорость и способ загрузки конвейера, а такжеего угол наклона. Различают два вида лент: ПВХ-лента или резинотканевая.
Устройство ленточного конвейера
Основными частями ленточного конвейера являются рама, приводной барабан, натяжной барабан, ролики конвейера, транспортерная лента.
Преимущества ленточных конвейеров перед другими способами транспортировки налицо. Во-первых, благодаря значительной скорости движения ленты обеспечиваются высокая эффективность и производительность промышленных процессов. Во-вторых, подобный конвейер потребляет относительно мало энергии. В-третьих, надежная конструкция устройства даже при длительном сроке эксплуатации обеспечивает качественное выполнение задач.
Транспортировку штучных грузов обычно производят на конвейерах, имеющих ленты гладкого типа. Для мелких грузов и сыпучих материалов предусмотрена возможность перемещения по ленте с рифленой структурой основания. Именно такой тип устройства ленточного конвейера обеспечивает максимальное КПД. Существует несколько видов рифления – в виде ромбов, треугольников, пирамидальный тип и др. Транспортируемый груз можно перемещать под наклоном до 45° за счет поперечно установленных перегородок высотой до 20 см. Эффективная работа предприятия возможна, благодаря наличию конвейеров, имеющих разные типы лент: резинотканевую, брезентовую, сетчатую, специальную пищевую. В зависимости от характеристик конкретного груза/товара процесс транспортировки осуществляется на специально предназначенном для него конвейере.
Установка транспортеров возможна не только в отапливаемых помещениях, но и в зданиях, не имеющих обогрева, и на открытом воздухе. Для оптимальной работы транспортеров рекомендуется их эксплуатация при температуре от-50 до +45 °С. Вспомогательное оборудование, установленное на конвейере, позволяет осуществлять процессы транспортировки грузов при температуре, достигающей 200°С, обеспечивая надежную работу встроенных механизмов.
Большинство ленточных конвейеров оснащено специальными устройствами, предупреждающими падение грузов, и очищающими поверхность от просыпавшихся материалов. Постоянное расширение областей применения возможно благодаря новым технологиям, позволяющим улучшить конструктивно-технологические параметры конвейеров. Усовершенствование процессов работы транспортеров снижает оборачиваемость ленты, уменьшает количество промежуточных перегрузок и повышает срок эксплуатации ленточных конвейеров. Появление лент из морозостойких материалов и особых сортов смазки, предназначенных для холодных условий, область применения и особенности устройства ленточных конвейеров расширяется вплоть до районов, относящихся к Крайнему Северу.
Ленточный конвейер, транспортер, виды и применение
Ленточный конвейер, транспортер, виды и применение.
Ленточный конвейер или транспортёр — это оборудование непрерывного действия, которое может применяться для перемещения определенных грузов на транспортерной ленте.
Особенности ленточных конвейеров:
Ленточные транспортёры используются уже несколько десятилетий на разных предприятиях в многих отраслях промышленности, особенно там, где необходимо в рамках определенных площадей перемещать из одной точки в другую насыпной груз или штучные элементы. Это возможно, благодаря замкнутой ленте, натянутой между барабанами, один из которых является приводным, соединенным с приводом через редуктор или иным образом, за счет чего она совершает непрерывное движение после запуска и до момента остановки двигателя.
Данный способ позволяет непрерывным образом перемещать объекты с необходимой скоростью, тем самым автоматизируя определенные этапы производства. Расстояние, на которое может транспортироваться груз, а также характеристики конвейерных лент могут значительно отличаться между собой в зависимости от отрасли производства, поставленных задач и других факторов. Например, для горнодобывающей промышленности свойственно применение износостойких материалов для транспортерных лент и прочных механизмов, которые могут работать под нагрузкой длительное время.
Виды и применение ленточных конвейеров:
В зависимости от расположения транспортировочного полотна относительно разных плоскостей в пространстве конвейеры могут подразделяться на вертикальные, горизонтальные, наклонные и смешанные, а также на модели, способные менять угол наклона и длину – телескопические. Конструкции конвейеров, направляющих груз в горизонтальной плоскости могут быть прямыми или поворотными.
Определенные виды ленточных конвейеров могут быть сочетаемы между собой для создания сложных траекторий и быть полезными по-своему для разных условий, например, для транспортировки груза в условиях небольших площадей, а также при требованиях обеспечения подъема и спуска грузов на изменяющуюся высоту или расстояние.
Ленточные конвейеры применяются для решения разных задач, включая следующие:
Ленточный конвейер — ГОСТ, устройство, типы, применение, принцип работы
Ленточные конвейеры – это машины непрерывного действия, в которых тяговым и несущим элементом является гибкая лента. Главное назначение данного оборудования – механизация технологических процессов, увеличение темпов производства, минимизация затрат, повышение общей безопасности работ.
В упрощенном виде оборудование состоит из двух концевых барабанов (приводного и натяжного), огибаемых замкнутой лентой. Обе ветви транспортера (верхняя несущая и нижняя порожняя) поддерживаются от провисания специальными роликами. Рабочая лента делается из прочных синтетических материалов, обладающих повышенной стойкостью к истирающим и растягивающим нагрузкам. Вращение приводного барабана осуществляется с помощью электрического двигателя.
Устройство ленточного конвейера
Основными частями ленточного конвейера являются рама, приводной барабан, натяжной барабан, ролики конвейера, транспортерная лента.
На раме закреплены ролики, по которым транспортерная лента скользит, и перемещает груз в пространстве. Для натяжения ленты служит два больших ролика, называемых барабанами. Один из них — натяжной, закреплен на подшипниковом узле и служит для регулировке натяжении ленты. Другой — приводной барабан конвейера, закреплен на противоположном конце конвейера и имеет специальный вал, который соединен с электродвигателем через редуктор. Собственно с помощью передачи вращательного движения от электродвигателя или мотор-редуктора к приводному барабану, и происходит движение ленты транспортера.
Преимущества ленточных конвейеров перед другими способами транспортировки налицо. Во-первых, благодаря значительной скорости движения ленты обеспечиваются высокая эффективность и производительность промышленных процессов. Во-вторых, подобный конвейер потребляет относительно мало энергии. В-третьих, надежная конструкция устройства даже при длительном сроке эксплуатации обеспечивает качественное выполнение задач.
Транспортировку штучных грузов обычно производят на конвейерах, имеющих ленты гладкого типа. Для мелких грузов и сыпучих материалов предусмотрена возможность перемещения по ленте с рифленой структурой основания. Именно такой тип устройства ленточного конвейера обеспечивает максимальное КПД. Существует несколько видов рифления – в виде ромбов, треугольников, пирамидальный тип и др. Транспортируемый груз можно перемещать под наклоном до 45° за счет поперечно установленных перегородок высотой до 20 см. Эффективная работа предприятия возможна, благодаря наличию конвейеров, имеющих разные типы лент: резинотканевую, брезентовую, сетчатую, специальную пищевую. В зависимости от характеристик конкретного груза/товара процесс транспортировки осуществляется на специально предназначенном для него конвейере.
Установка транспортеров возможна не только в отапливаемых помещениях, но и в зданиях, не имеющих обогрева, и на открытом воздухе. Для оптимальной работы транспортеров рекомендуется их эксплуатация при температуре от-50 до +45 °С. Вспомогательное оборудование, установленное на конвейере, позволяет осуществлять процессы транспортировки грузов при температуре, достигающей 200°С, обеспечивая надежную работу встроенных механизмов.
Большинство ленточных конвейеров оснащено специальными устройствами, предупреждающими падение грузов, и очищающими поверхность от просыпавшихся материалов. Постоянное расширение областей применения возможно благодаря новым технологиям, позволяющим улучшить конструктивно-технологические параметры конвейеров. Усовершенствование процессов работы транспортеров снижает оборачиваемость ленты, уменьшает количество промежуточных перегрузок и повышает срок эксплуатации ленточных конвейеров. Появление лент из морозостойких материалов и особых сортов смазки, предназначенных для холодных условий, область применения и особенности устройства ленточных конвейеров расширяется вплоть до районов, относящихся к Крайнему Северу.
Конвейеры
Недостатки ленточных конвейеров
Стоит сказать о том, что есть и существенные недостатки, ограничивающие сферу применения транспортирующих устройств такого типа. Основной минус – высокая цена ленты и роликов. В большинстве случаев тяговый и грузонесущий орган обходится примерно в 30% от общей стоимости установки, что немало. Хотя тут многое зависит от назначения, а также технических характеристик (материал, количество слоев и т.п.). Еще один недостаток заключается в том, что барабан ленточного конвейера движет ленту при помощи трения. Это ограничивает угол подъема, поэтому он не может превышать 20 градусов. Помимо этого, достаточно проблематично перемещать пылевидные грузы, которые в процессе движения могут частично улетучиваться и рассыпаться. Затруднительно работать и при слишком низких температурах, как и при слишком высоких. Термической воздействие изменят характеристики гибкой ленты, а также приводит к разрушению.
Работа и устройство ленточного конвейера
Лента – рабочий орган конвейера, предварительно натягивается и соединяется. Силой трения между лентой и приводным барабаном она приводится в действия. Причем определяющим фактором является сила трения, за счет которой движется грузонесущий и тяговый орган. Для исключения прогиба ленты по длине конвейера устанавливают роликоопоры, на которые она и опирается во время движения. Как вы видите, устройство агрегата довольно простое. Интересным моментом является быстрота замены износившейся ленты. Делается это следующим образом: во время работы конвейера в месте стыковки грузонесущий орган распаривается и к нему, путем наклепки или вулканизации, крепят новую ленту. После того как приводной барабан делает полный цикл, закрепляется второй конец. Такой подход хорош тем, что практически нет простоя оборудования во время работы, так как монтаж осуществляется за несколько минут, хотя многое зависит от вида тягового органа. Для очистки ленты устанавливаются щетки, а во избежание перекоса используются центрирующие ролики. Устройство ленточного конвейера таково, что агрегат можно использовать во многих отраслях промышленности. Сейчас давайте пойдем дальше.
Разновидности
Среди цепных конвейеров выделяют следующие из них:
Конструктивные особенности
Мотор-редуктор обеспечивает необходимый крутящий момент, позволяющий привести ленту в движение. Современные модели оснащают цилиндрическими, планетарными и червячными мотор-редукторами, а также барабанами, муфтами, рамками, двигателями. Рассмотрим чуть подробнее каждый элемент.
Барабан
Небольшой барабан, внутри которого находится электрический мотор, клеммная коробка и редукторы. Он защищает внутренние детали от влаги, пыли, химикатов, грязи, масел, а мотор изолирует так, чтобы тот не испачкал движущиеся по ленте грузы. Конструкция обеспечивает высокий коэффициент полезного действия, снижая до минимума теплопотери. Низкая шумность позволяет устанавливать устройство внутри помещений, где работают люди.
Изготавливаются в нескольких исполнениях: стандартном, с защитой от влаги, взрывов.
Редуктор
Устанавливается на выходной вал транспортного механизма. Чаще всего используется для ленточных, пластинчатых машин. Отлично подходит для переносных транспортеров, так как обладает небольшим весом. Может быть как цилиндрическим, так и коническим, червячным.
Двигатель
Подбирается исходя из следующих особенностей работы оборудования:
В большей степени этим критериям соответствуют асинхронные модели.
Муфта
Конструкция содержит несколько различных муфт. Обгонную муфту для предотвращения обратного или самопроизвольного движения ленты, зубчатую для компенсации смещений, втулочно-пальцевую для соосного соединения валов.
Назначение привода конвейера
Конвейеры используются для транспортировки отдельных объектов и материалов. Например, для перемещение деталей, которые сотрудники собирают в единое изделие. На складах ленты применяют для перемещения грузов. Независимо от сферы использования, лента конвейера запускается при помощи привода.
Назначение – запуск, а затем поддержание движения полотна транспортера при заданной скорости.
Виды привода конвейера
По количеству барабанов/двигателей:
Для решения несложных задач, используют однобарабанные с одним мотором. А вот для длинных полотен с большой нагрузкой или для перемещения тяжелых грузов, необходимо использовать многобарабанные, оснащенные несколькими двигателями. Длинное полотно с тяжелым грузом на нем создает достаточно сильное сопротивление, мешающие перемещению. Преодолеть такое сопротивление при помощи однобарабанного устройства просто невозможно.
Существует еще два типа по способу передачи тягового усилия:
Фрикционные подразделяются еще на четыре группы:
Приводы, передающие усилие через зацепление
Первые предназначены для установки на повороте полотна под 90 либо 180 градусов. Вторые используются на прямых отрезках ленты. К достоинствам прямолинейных относят меньший диаметр приводной звездочки, меньший крутящий момент, малые габариты, возможность монтажа на любом горизонтальном отрезке ленты конвейера. К недостаткам: техническую сложность устройства, немалую стоимость.
Чтобы компенсировать недостатки, а также получить максимальный КПД, обычно используют несколько приводов на различных участках. Что позволяет снизить тяговое натяжение полотна, а также увеличить его длину. Для оптимального результата на поворотах устанавливают угловые приводы. Определить, сколько всего потребуется оборудования для эффективной работы конвейера можно только после технико-экономического расчета.
Инженеры компании Техногрупп помогут вам подобрать оптимальное количество приводов, выбрать подходящие под ваш бизнес модели. Позвоните или оставьте заявку на сайте, чтобы обсудить подробности!
Эксплуатация ленточных конвейеров
Как было отмечено несколько выше, ЛК может работать при высоких скоростях. Это делает ленточный конвейер более производительным по сравнению с другими транспортирующими агрегатами. Основная особенность эксплуатации заключается в том, что имеется возможность создания сложных маршрутов. К примеру, можно сделать сложную трассу с изгибами, горизонтальными и наклонными участками. Даже при тяжелых условиях эксплуатации (перепады температур, высокая запыленность и т.п.) ленточный конвейер обеспечивает надежную работу без сбоев. В большинстве случае при правильном обслуживании можно четко предсказать период выхода тягового органа из строя. Это позволяет эксплуатировать устройство без простоя. На сегодняшний день разработано огромное количество приводов, которые обеспечивали работу ЛК. При увеличении длины устанавливается несколько двигателей, которые обеспечивают нормальную эксплуатацию. При выходе одного привода, второй будет работать. В этом случае производительность хоть и понизится, но не будет простоя.
Классификация ленточных конвейеров
Существуют некоторые признаки, по которым условно данные устройства можно разделить на несколько групп:
Стоит понимать, что, помимо этого, схема ленточного конвейера предусматривает использования различного тягового и грузонесущего органа. Ленты бывают резинотканевыми, резинотросовыми, проволочными, а также стальными. Тип ленты выбирается исходя из того, в каких условиях она будет работать. К примеру, стальные тяговые органы применяются для работы при высоких температурах (до 850 градусов), точно так же, как и проволочные, которые могут транспортировать грузы при рабочей температуре 1100 градусов по Цельсию.
Актуальность темы
Магистерская работа посвящена актуальной в настоящее время на шахтах Украины проблеме повышения надежности конвейерного транспорта за счет уменьшения неравномерности поступающего на магистральный конвейер грузопотока.
Основной особенностью конвейерного транспорта как объекта управления является высокая неравномерность грузопотока, вызванная тем, что конвейерная линия по своему технологическому назначению является транспортным объектом, обслуживающим очистной и подготовительный забой. А технологические паузы в работе механизмов (аварийная остановка лавы, периодические изменения скорости перемещения комбайна вдоль лавы и т.д.) являются причиной неравномерного грузопотока. Неравномерность поступления груза ведет к нерациональному использованию мощности привода (при недогрузке), а также чрезмерному износу тягового органа и снижению надежности АД (при перегрузе).
Существует два способа уменьшения неравномерности грузопотока: регулирование частоты вращения приводного электродвигателя конвейера и применение промежуточных накопительных бункеров. Однако использование частотно-регулируемого привода имеет ряд спорных моментов: диапазон регулируемой частоты для конвейеров ограничен и не приводит к экономии энергии; при уменьшении частоты вращения надо обеспечить рабочий момент на валу двигателя, к тому же длительная работа в режиме пониженных частот приведет к принудительному охлаждению, как двигателя, так и преобразователя. Помимо этого данный подход не позволяет обеспечить выравнивание грузопотока для последующих конвейеров в цепи, что требует применения регулируемых приводов на каждом конвейере.
Таким образом, с точки зрения повышения энергоэффективности, в шахте целесообразно регулировать не производительность конвейера, а поступающий на него грузопоток, приближая его к номинальному значению, тем самым предотвращая режим холостого хода и увеличивая КПД конвейерной установки. Это может быть достигнуто за счет применения аккумулирующих бункеров (бункеров-питателей), объем, и производительность которых будут определять, и выравнивать грузопоток на забункерной конвейерной линии.
Преимущества использования ленточного конвейера
Преимущества ленточных конвейеров проявляются при необходимости организовать быстрое, экономически и энергетически эффективное перемещение различных материалов или предметов в ограниченных пределах производственного участка, склада, логистического терминала или даже горного карьера.
Основные достоинства данного вида транспорта следующие:
Как и любому виду оборудования, ленточным конвейерам присущ и ряд недостатков:
Особенности эксплуатации, такие, как тяжелые климатические условия, контакт с агрессивными средами и другие могут существенно сократить срок службы ленты и самого ленточного конвейера.
Список источников
Применение
Цепные конвейеры широко применяются в любых отраслях промышленностей:
Транспортер позволяет перемещать штучные и упакованные грузы, такие как:
Принцип действия и основные узлы скребкового конвейера
Скребковый конвейер – надежное приспособление, предназначенное для непрерывного перемещения порошкообразных, кусковых и гранулированных сыпучих грузов.
Среди его преимуществ можно выделить:
Такими транспортерами пользуются предприятия АПК, металлургической отрасли, угольной промышленности и т.д.
Принцип действия скребкового конвейера
В процессе транспортировки продукта всегда задействована только одна часть постоянно вращающейся цепи. По всей ее длине, на равном расстоянии друг от друга, размещены скребки. Они заталкивают груз по направлению к натяжной станции, проводят по днищу желоба и выталкивают к месту выгрузки материала. Затем полотно возвращается наверх через приводную станцию.
Если скребковый конвейер имеет горизонтальное положение, слой продукта может превышать высоту скребков. Это не помешает нижнему и верхнему слоям образовать единый поток, максимально возможная высота которого зависит от нижеперечисленных факторов.
Следовательно, скорость движения материала будет меньше у стенок желоба (из-за дополнительного соприкосновения с ними) и выше в центре потока. В случае применения вертикального скребкового конвейера или нории, необходимо также учитывать массу продукта.
Основные узлы скребкового конвейера
К основным узлам конструкции относятся: желоб, приводная станция, натяжная станция, комплекс скребков, став, тяговые цепи.
Желоб состоит из днища, крышки и двух боковых стенок. В верхней части движется цепь, в нижней – груз. Как правило, в вертикальных или наклонных моделях транспортеров между полотнами цепи устанавливается перегородка. Она предотвращает провисание нисходящей части под давлением массы содержимого.
Приводная станция состоит из звездочки (она приводит полотно в движение) и двух валов с подшипниками.
Натяжная станция также имеет звездочку и вращается за счет движения обратной ветви полотна. Натяжное устройство может состоять из автоматических нажимных пружин или ходового винта. В первом случае дополнительно применяется выключатель хода.
Скребки крепятся на тяговых цепях. Они погружают материал и перемещают его со скоростью примерно 1 м/с, размещаясь на равном расстоянии друг от друга.
Став соединен с натяжной и приводной секциями. Он представляет собой промежуточный сектор с расположенным внутри замкнутым тяговым механизмом.
Тяговые цепи горизонтального транспортера оказывают давление только на нижнюю часть конструкции
Поэтому, важно, чтобы звенья были с плоскими скребками и перемещали содержимое впереди себя по всей длине конструкции. От этого зависит скорость транспортировки и ее качество.
ООО «МХМ Украина» (г. Одесса) — официальный представитель 3БХунгария в Украине. К вашим услугам: индивидуальный подбор оборудования, доставка, шеф — монтаж, гарантийное и послегарантийное обслуживание.
Цепной конвейер
В производстве и на предприятиях разного профиля нередким стало использование цепного конвейера. Данные конвейеры предназначаются для транспортировки больших, тяжелых грузов, для грузов обладающих высоким температурным уровнем.
Производительность данного вида конвейеров достаточно большая в сравнении например с конвейером ленточного типа.
При всей их громоздкости, они, тем не менее, выполняют свою работу на достаточно высоком качественном уровне, поэтому, даже не смотря на их дороговизну и уход, который им необходим, цепные конвейеры зарекомендовали себя как достаточно стабильно работающие и износостойкие агрегаты.
Наиболее широко распространено применение цепных конвейеров в автомобильной промышленности, где детали для автомобилей подаются именно на конвейерах данного типа.
Характеристики цепного конвейера
Основным в работе данного конвейера является то, что усилие здесь создается посредством цепи, их может быть две или одна. Конвейер сконструирован таким образом, что позволяет выполнять загрузку, перемещение, стразу по двум веткам и последующую отгрузку перемещаемого материала.
Цепной конвейер имеет вид этакого короба, внутри которого размещена перегородка. Сконструирован цепной конвейер из узлов типового вида. В конструкции конвейера имеются три секции, проводная, секция для натяжения и секция промежуточная. Рабочим органом конвейера является цепь, которая оснащается специальным скребком.
Цепи, в зависимости от модификации конвейера могут быть кованными, либо состоять из круглых звеньев.
Работа цепного конвейера вида осуществляется за счет электрического двигателя и редуктора. Данное оборудование расположено на раме, и связываются посредством передачи ременного типа с входным валом редуктора, который имеет вид цилиндра. Таким образом сконструирован привод цепного конвейера.
Цепные конвейеры имеют множество подразделений на типы. Это зависит от их конструктивных особенностей. Конвейер может быть тележечного вида, то есть имеет зонирование по перевозке грузов.
Желобчатый конвейер применим там, где необходима подача сыпучих материалов, такие конвейеры еще имеют название скребковые, следующим типом конвейеров цепного вида является уборочный конвейер.
Цепной конвейер — эксплуатация и применение
Определим некоторые преимущества работы цепного конвейера.
К ним можно отнести во-первых то, что на данных конвейерах возможна настройка размеренного движения перевозимого груза, предотвращающего его падение или съезжание с ленты конвейера.
Следующим немаловажным положительным аспектом является то, что данные виды конвейеров оснащаются специальными устройствами, как то: антискользящие накладки, бортики и специальные ограничители.
Отрадно еще и то, что устройство данных агрегатов позволяет проводить настройку, которая задает маршрут и количество перевозимого груза. К тому же данный вид конвейеров является достаточно эргономичным, что позволяет содержать его в довольно стесненных условиях или помещениях небольшой площадью.
Следует отметить так же, что конструкция цепного конвейера позволяет перемещать грузы, габариты которого превосходят сам транспортер.
Таким образом, становится ясно, что для достижения наиболее качественных результатов, которые при этом не будут достигаться посредством тяжелого труда, применение и использование в производстве цепных конвейеров, является необходимым и рациональным решением.
Конвейер команд. Конвейеризация — способ обеспечения параллельности выполнения команд
Первым шагом на пути обеспечения параллельности уровня команд явилось создание конвейера команд. Идея конвейера команд была предложена в 1956 году С.А. Лебедевым. Команда подразделяется на несколько этапов, каждый из которых выполняется своей частью аппаратуры, причем, эти части могут работать параллельно. Если на выполнение каждого этапа расходуется одинаковое время (один такт), то на выходе процессора в каждый такт появляется результат очередной команды. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняется несколько команд. Конвейерная обработка такого рода широко применяется во всех современных быстродействующих процессорах. Количество этапов, на которые конструкторы разбивают выполнение процессорной команды, может быть различным (в разных моделях процессоров х86 колеблется от 2 i8088 до 20 Pentium IV).
Конвейеризация — способ обеспечения параллельности выполнения команд
Выполнение типичной команды можно разделить на следующие этапы:
В зависимости от типа команды и способа адресации, время выполнения команды сильно варьируется. Дольше всего выполняются этапы, связанные с обращением к памяти. На рисунках показаны блоки и конвейер команд гипотетического процессора, имеющего пять блоков исполнения команд и соответственно пять этапов (ступеней). Изображены выполняемые команды, номера тактов и этапы выполнения команд. На первом такте считывается первая команда. На втором, пока декодируется первая команда, считывается вторая. На пятом такте в процессоре одновременно находятся пять команд, каждая в своем узле.
Пятиступенчатая схема конвейера
Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. Имеются некоторые накладные расходы на конвейеризацию, возникающие в результате несбалансированности задержки на каждой его ступени. Частота синхронизации (такт синхронизации) не может быть выше, чем время, необходимое для работы наиболее медленной ступени конвейера. Конвейер не всегда представляет собой линейную цепочку этапов. В ряде ситуаций оказывается выгодным, когда функциональные блоки соединены между собой не последовательно, а в соответствии с логикой обработки. Отдельные блоки в цепочке могут пропускаться, а другие — образовывать циклические процедуры. Это позволяет с помощью одного конвейера вычислять более одной функции.
Поток команд — естественная последовательность команд, проходящая по конвейеру процессора. Процессор может поддерживать несколько потоков команд (суперпроцессоры 5 и 6 поколения), если для каждого потока и каждого этапа есть исполнительные элементы.
Суперконвейер команд — разбиение каждой ступени на подступени при одновременном увеличении тактовой частоты внутри конвейера; включение в состав процессора многих конвейеров, работающих с перекрытием. Дробление ступеней позволяет поднять тактовые частоты процессора. К суперконвейерным относятся процессоры, в которых число ступеней больше шести (см. таблицу).
Суперконвейер
Cуперконвейер ведет не только к увеличению скорости вычислений, но и к возникновению дополнительных сложностей. Возрастает вероятность конфликтов. Дороже встает ошибка предсказания перехода — приходится сбрасывать весь длинный конвейер, на что требуется дополнительное время. Усложняется логика взаимодействия ступеней. Однако за счет использования новых архитектур удается справиться с большинством проблем. При рассмотрении современных процессоров будут описаны новые идеи: исполнения команд с изменением последовательности, переименования регистров, спекулятивного исполнения и другие.