Пропускная способность трубопроводов: Пропускная способность трубы в зависимости от диаметра и давления воды

Содержание

Таблица пропускной способности труб в зависимости от диаметра. Что такое пропускная способность трубы в зависимости от диаметра

Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.

Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.

Способы расчета пропускной способности трубопровода

  1. Внешний диаметр
    . Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.
  2. Диаметр условного прохода
    . Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.

Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:

  1. Физические расчеты
    . В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.
  2. Табличные расчеты
    . Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.
  3. Расчет при помощи программ
    . Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.

Расчет пропускной способности газопроводов

Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.

Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:

Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;

Ду – величина условного прохода трубы.

Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.

В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:

  • Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T,

Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;

Т – температура транспортируемого газа (К).

Эта формула позволяет определить степень разогрева транспортируемого вещества в зависимости от давления. Увеличение температуры приводит к расширению газа, в результате чего давление на стенки трубы повышается.

Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить. Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.

При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.

Расчет пропускной способности канализационных труб

При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.

Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:

  • Диаметр труб – Ду;
  • Средняя скорость движения веществ – v;
  • Величина гидравлического уклона – I;
  • Степень наполнения – h/Ду.

Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит д

Пропускная способность трубы в зависимости от диаметра и давления воды

Пропускная способность ПС труб при прокладке водопроводных и отопительных линий, а также газовых магистралей, является важным критерием, подлежащим расчёту. Расчёт данного показателя представляет собой сложную задачу, без выполнения которой невозможно начать работу.

Какие имеются методы расчёта ПС труб

ПС труб – это немаловажный параметр, представляющий собой возможность трубы проводить соответствующее количество воды за определённый отрезок времени. ПС трубопровода зависит от такого технического показателя, как диаметр. Чем выше данный параметр, тем соответственно большее количество воды проходит по ней за принимаемое во внимание значение времени.

Диаметр хотя и является главным фактором, но не единственным. ПС зависит также от давления напора в системе, а также от типа жидкости. Чем выше показатель давления, тем больше будет значение рассматриваемого показателя. Для выявления рассматриваемого параметра известно несколько методов, которые называются:

  1. Физический метод.
  2. Табличный способ.
  3. Определение с применением программы.

Рассмотрим подробно, что же представляет собой каждый вариант.

Физический вариант определения ПС

Физический способ определения пропускной способности включает в себя проведение расчётов по специальным формулам. В зависимости о того, какой тип системы проектируется, формулы расчётов будут различаться. Для проведения самостоятельного (физического) расчёта ПС трубопровода, во внимание принимаются следующие показатели:

  • Шероховатость.
  • Внутренний диаметр.
  • Уклон трубопровода.
  • Значение сопротивления.
  • Степень зарастания.

По устаревшей формуле во внимание принимались только три основных параметра: диаметр, давление и шероховатость. Самостоятельно произвести расчёт человеку, который с этим никогда не сталкивался, будет достаточно проблематично.

Табличный вариант расчёта

Имеются табличные значения, которые были созданы для того, чтобы облегчить выявление ПС трубопровода внутриквартирной разводки. Зачастую при монтаже внутриквартирной разводки не требуются показатели высокой точности. Это значение используется, чтобы избежать сложных математических вычислений. Однако немаловажен такой фактор, как осадочные наросты, формирующиеся внутри труб с течением времени. Эти негативные последствия способствуют снижению диаметра трубы, что отражается на показателях ПС.

Таблица ПС для разных типов жидкостей

Представленные табличные данные ПС трубы не учитывают образование наростов, поэтому для устаревших магистралей эти показания являются не актуальными.

Была разработана специальная таблица ПС водопроводных труб, которая впоследствии получила название своего создателя Шевелева. Особенность этой таблицы в том, что в ней принимается во внимание материал трубы, и прочие дополнительные критерии. Эти данные являются очень полезными тогда, когда проводится водопроводная система частного дома с применением нестандартных видов стояков.

Определение ПС специальными программами

Чтобы упростить и ускорить процедуру расчёта пропускной способности труб, в сантехнических организациях устанавливаются специализированные компьютерные приложения. В интернете имеются специальные онлайн-калькуляторы, используя которые, можно сделать приблизительный расчёт.

Одними из популярных приложений определения ПС трубопроводов являются: «TAScore» и «Гидросистема». Первая программа была разработана западными специалистами, а вторая отечественными инженерами.

Как рассчитать ПС для газовых трубопроводов

К определению пропускной способности газопроводов предъявляются особые требования. Это связано с тем, что природный газ относится к сложным и опасным видам. Формула расчёта ПС для газовых трубопроводов имеет следующий вид:

Qmax=0,67Ду2*р,

где, Ду – диаметр условного прохода,

р – давление в газопроводе + 0,10 мПа.

Для расчёта ПС газопровода при использовании труб стандартных диаметров, была разработана специальная таблица. Если же необходимо узнать рассматриваемые величины для нестандартных размеров трубопроводов, то для этого проводятся соответствующие инженерные расчёты.

Таблица ПС газового трубопровода

Особенности ПС водопроводных систем

К монтажу водопровода в доме приходится прибегать в частых случаях. Расчёт ПС труб для водопровода не менее важен, чем для газопровода, ведь они выдерживают высокие нагрузки. Чем больше диаметр трубопровода, тем выше не только показатель проходимости, но ещё и ниже вероятность образования застоев. При определении ПС для водоснабжения немаловажно учитывать такой параметр, как степень трения жидкости о стенки трубопровода.

Чем больше показатели температуры воды в магистрали, тем ниже ПС трубопровода. Это связано с тем, что вода при нагревании расширяется, поэтому возникает дополнительный коэффициент трения. Для водопроводных систем это не столь важно, в отличие от системы отопления. Таблица ПС труб для водопровода в зависимости от диаметра и давления воды представлена ниже.

Таблица Шевелева

На основании данных таблицы Шевелева можно произвести расчёты ПС водопровода.

ПС для канализации

ПС для канализации зависит от системы отведения стоков используется: напорный или самотёчный. В основе определения ПС вовлечены законы науки гидравлики. Чтобы высчитать ПС канализационной системы, понадобятся не только сложные формулы для расчёта, но ещё и табличные сведения.

Для выявления объёмного расхода жидкости берётся формула такого вида:

q=a*v,

где, а – площадь потока, м2,

v скорость движения, м/с.

Площадь потока a это сечение, перпендикулярное в каждой точке скорости частиц потока жидкости. Это значение еще известно под таким названием, как живое сечение потока. Для определения указанной величины применяется формула: a = π*R2. Величина π постоянная, и равняется 3,14. R радиус трубы в квадрате. Чтобы узнать скорость, с которой движется поток, понадобится воспользоваться формулой следующего вида:

v = C√R*i,

где, R – гидравлический радиус,

С – смачивающий коэффициент,

I – угол уклона.

Для расчёта угла уклона понадобится рассчитать I=v2/C2*R. Чтобы определить смачивающий коэффициент, нужно воспользоваться формулой следующего вида: C=(1/n)*R1/6. Значение n – это коэффициент шероховатости труб, равняющийся 0,012-0,015. Для определения R используется формула:

R=A/P,

где, A – площадь поперечного сечения трубопровода,

P – смоченный периметр.

Смоченным периметром именуется линия, по которой происходит соприкосновение потока в поперечном сечении с твердыми стенками русла. Чтобы выявить значение смоченного периметра в круглой трубе, потребуется воспользоваться формулой следующего вида: λ=π*D.

В таблице ниже представлены параметры для проведения расчёта ПС сточных канализационных трубопроводов безнапорного или самотёчного способа. Сведения выбираются в зависимости от диаметра трубы, после чего подставляются в соответствующую формулу.

ПС для канализации

Если нужно произвести расчёт ПС канализационной системы для напорных систем, то данные берутся из таблицы ниже.

ПС канализационной системы

Влияние материалов на пропускную способность

На снижение диаметра трубы влияет такой фактор, как образование налёта во внутренней полости трубопровода. Если используется стальной материал для сооружения водопровода, то уже через 15-20 лет пропускная способность трубопровода будет снижена в несколько раз.

Если в системе отопления применяется вода плохого качества, что случается чаще всего, то это также негативно отразится на пропускной способности. Ведь вода с засорениями способствует снижению потока или напора, что влияет на скорость транспортировки теплоносителя. Особенно часто снижается ПС металлических трубопроводов в местах некачественного выполнения стыковок, или при переходе от одного диаметра трубы на другой. Эти места требуют периодической профилактики, иначе в скором времени могут возникнуть посторонние звуки в виде гула водопровода при открытии крана. Трубопроводы из полиэтилена лишены такого негативного последствия, как возникновение налёта.

В завершении следует отметить, что для сооружения водопровода в частном доме подойдут табличные данные или же значения, которые можно получить, воспользовавшись специальными онлайн-калькуляторами. Произвести расчёт с помощью калькулятора не составит труда. Для получения данных при сооружении трубопровода в многоэтажном доме понадобится провести сложные математические расчёты. Однако такие расчёты требуют много времени, поэтому сегодня все большей популярностью пользуются специальные компьютерные программы, которые упоминались в материале.

ПС канализационной системы Загрузка…

Как рассчитать пропускную способность трубы калькулятор. Что такое пропускная способность трубы в зависимости от диаметра

Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.

Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.

Способы расчета пропускной способности трубопровода

  1. Внешний диаметр
    . Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.
  2. Диаметр условного прохода
    . Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.

Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:

  1. Физические расчеты
    . В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.
  2. Табличные расчеты
    . Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.
  3. Расчет при помощи программ
    . Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.

Расчет пропускной способности газопроводов

Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.

Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:

Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;

Ду – величина условного прохода трубы.

Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.

В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:

  • Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T,

Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;

Т – температура транспортируемого газа (К).

Эта формула позволяет определить степень разогрева транспортируемого вещества в зависимости от давления. Увеличение температуры приводит к расширению газа, в результате чего давление на стенки трубы повышается.

Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить. Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.

При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.

Расчет пропускной способности канализационных труб

При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.

Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:

  • Диаметр труб – Ду;
  • Средняя скорость движения веществ – v;
  • Величина гидравлического уклона – I;
  • Степень наполнения – h/Ду.

Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит движение стоков со скоростью, необходимой для самоочищения системы.

Скорость и предельный уровень наполнения бытовой канализации определяются по таблице, которую можно выписать так:

  1. Диаметр 150-250 мм — h/Ду составляет 0,6, а скорость – 0,7 м/с.
  2. Диаметр 300-400 мм — h/Ду составляет 0,7, скорость – 0,8 м/с.
  3. Диаметр 450-500 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 0,9 м/с.
  4. Диаметр 600-800 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 1 м/с.
  5. Диаметр 900+ мм — h/Ду составляет 0,8, скорость – 1,15 м/с.

Для изделия с небольшим сечением имеются нормативные показатели минимальной величины уклона трубопровода:

  • При диаметре 150 мм уклон не должен быть менее 0,008 мм;
  • При диаметре 200 мм уклон не должен быть менее 0,007 мм.

Для расчета объема стоков используется следующая формула:

Где а – площадь живого сечения потока;

v – скорость транспортировки стоков.

Определить скорость транспортировки вещества можно по такой формуле:

где R – величина гидравлического радиуса,

С – коэффициент смачивания;

i – степень уклона конструкции.

Из предыдущей формулы можно вывести следующую, которая позволит определить значение гидравлического уклона:

Чтобы вычислить коэффициент смачивания, используется формула такого вида:

Где n – коэффициент, учитывающий степень шероховатости, который варьируется в пределах от 0,012 до 0,015 (зависит от материала изготовления трубы).

Значение R обычно приравнивают к обычному радиусу, но это актуально лишь в том случае, если труба заполняется полностью.

Для других ситуаций используется простая формула:

Где А – площадь сечения потока воды,

Р – длина внутренней части трубы, находящейся в непосредственном контакте с жидкостью.

Табличный расчет канализационных труб

Определять проходимость труб канализационной системы мож

Поверочный расчет пропускной способности трубопроводов

Poverochnyy raschet truboprovodov

В данной статье, я бы хотел показать, как производится примерный поверочный расчет. Если же у кого-то есть предложения и какие-то замечания, пишите в комментариях. Поверочный расчет пропускной способности трубопроводов теплофикационной воды 2Ду250 мм реконструируемой магистральной тепловой сети от камера №29 до узла врезки (камера 1821/1), согласно технического задания на разработку проектной документации и рабочей документации для ликвидации надземной прокладки и реконструкция магистральной тепловой сети, выданного одним из филиалов ОАО “МОЭК”.

Существующая тепловая нагрузка на магистрали:

QМАХ = 5,88 Гкал/час; с К = 1,15 получаем QМАХ = 6,76 Гкал/час, в т.ч.

  • Отопление: 3,996 Гкал/час;
  • Вентиляция: 1,582 Гкал/час;
  • ГВС (макс.): 0,302 Гкал/час.

Выполним поверочный расчет. Проверка пропускной способности трубопровода 2Ду250 мм, L = 48,0 м.

GС МАХ = GО МАХ + GВ МАХ + GГВС МАХ

  1. Отопление:

QО МАХ = 3996000 ккал/ч = 4647,35 Вт

GО МАХ = (3,6* QО МАХ) / ((С*(Т1 – Т2))

QО МАХ – максимальный тепловой поток на отопление при t0, Вт;

С – удельная теплоемкость воды, С = 4,187 кДж/кг*К (4,187 Дж/г*С)

Т1 – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха t0 гр, С (на теплообменник отопления)

Т2 – температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре после теплообменника отопления.

GО МАХ = (3,6* 4647,35) / ((4,187*(150 – 75)) = 53,28 т/ч

С учетом К = 1,15 получаем GО МАХ = 53,28*1,15 = 61,27 т/ч.

  1. Вентиляция:

QВ МАХ = 1582000 ккал/ч = 1839,87 Вт

QО МАХ – максимальный тепловой поток на вентиляцию при t0, Вт;

С – удельная теплоемкость воды, С = 4,187 кДж/кг*К (4,187 Дж/г*С)

Т1 – температура в подающем трубопроводе гр, С

Т2 – температура в обратном трубопроводе t0 гр, С.

GВ МАХ = (3,6* 1839,87) / ((4,187*(130 – 70)) = 26,36 т/ч

С учетом К = 1,15 получаем GВ МАХ = 26,3628*1,15 = 30,32 т/ч.

  1. Горячее водоснабжение:

QГВС МАХ = 302000 ккал/ч = 351,23 Вт

GГВС МАХ = (3,6*0,55*QГВС МАХ) / ((С*(Т11 – Т21))

QГВС МАХ – максимальный тепловой поток на ГВС при t0, Вт;

С – удельная теплоемкость воды, С = 4,187 кДж/кг*К (4,187 Дж/г*С)

Т11 – температура в подающем трубопроводе  на изломе графика температуры гр, С

Т21 – температура воды в обратном трубопроводе после теплообменника отопления гр, С.

GГВС МАХ = (3,6*0,55*351,23) / ((4,187*(70 – 40)) = 5,53 т/ч

С учетом К = 1,15 получаем GГВС МАХ = 5,53*1,15 = 6,36 т/ч.

GС МАХ = GО МАХ + GВ МАХ + GГВС МАХ

GС МАХ = 61,27 + 30,32 + 6,36 = 97,95 т/ч

Вывод: Потери гидравлического напора по таблице “Гидравлический расчет трубопроводов” GМАХ = 98,0 т/ч пропускает труба Ду250 мм.

При V = 0,55 м/с, следовательно Н = 1,31 кгс/м2м;

При L = 48,0 м, следовательно Н = 0,0063 кгс/см2м или 0,06 м.

Реконструируемая магистральная теплосеть 2Ду250 мм от камеры №29 (т.1) обеспечивает необходимую пропускную способность трубопроводов 2Ду250 мм с нагрузкой 5,88 Гкал/ч и с учетом К = 1,15 получаю нагрузку 6,76 Гкал/ч.

Надеюсь, теперь стало понятно, как выполнить поверочный расчет.

Поделиться ссылкой:

Введение в конвейерную обработку

Введение в конвейерную обработку


  • Задержка и пропускная способность




  • Задержка

  • тип = диск>


      • Для выполнения каждой инструкции требуется определенное время.


      • Это


        задержка


        для этой операции.


      • Это количество времени между инструкциями


        выдано


        и когда он завершится.





  • Пропускная способность

  • тип = диск>


      • Количество инструкций, выполняемых за промежуток времени.


      • Это не обязательно то же самое, что деление промежутка времени на задержку, если используется конвейерная обработка.


  • Определение


    • Конвейерная обработка — это возможность одновременного выполнения разных инструкций одновременно.


      • Эксплуатирует


        параллелизм


        среди инструкций и составляет


        НЕ


        видны программисту.



    • Это похоже на сборку автомобиля на конвейере.


      • Хотя на создание одной машины может уйти два часа, в любой момент могут быть созданы сотни машин.





    • пропускная способность


      сборочной линии — это количество автомобилей, завершенных за час.




    • пропускная способность


      конвейера ЦП — это количество инструкций, выполняемых за секунду.



  • Этапы трубопровода


    • Каждый шаг в конвейере называется
      .

      трубная ступень


      .


    • В нашем примере сборочной линии этап соответствует рабочему месту на сборочной линии.


  • Время цикла


    • Все в ЦП движется синхронно, синхронизируясь с часами («биение» ЦП.)



    • A


      машинный цикл


      : время, необходимое для завершения одного этапа конвейера.


      • Машинный цикл обычно составляет один, иногда два тактовых цикла, но редко больше.



    • В машинах с


      нет


      конвейерная:


  • Машинный цикл должен быть достаточно длинным, чтобы выполнить одну инструкцию
    .

  • тип = диск>


  • Или каждая инструкция должна быть разделена на более мелкие части (несколько тактов на инструкцию).

  • тип = диск>



  • Время цикла трубопровода


    • По замыслу, все этапы трубопровода должны занимать одинаковое время.


      • Таким образом,


        машинный цикл


        время то из


        самый длинный


        этап конвейера.


    • В идеале все этапы должны быть абсолютно одинаковой длины.


  • Ускорение газопровода




    • идеальное ускорение


      от конвейера равно количеству ступеней в конвейере.


    • Однако это происходит только в том случае, если все этапы конвейера имеют одинаковую длину.


      • Разделение операции 40 нс на 5 этапов по 8 нс каждый приведет к 5-кратному ускорению.


      • Разделение одной и той же операции на 5 этапов, 4 из которых длительностью 7,5 нс, а один — 10 нс, приведет только к 4-кратному ускорению.



    • Если ваша отправная точка —


      несколько тактов на инструкцию


      машина, то конвейерная обработка снижает CPI.


    • Если ваша отправная точка —


      один такт на команду


      машина, то конвейерная обработка сокращает время цикла.


    • Мы сосредоточимся на первой отправной точке нашего анализа.


  • Каждая инструкция DLX состоит из пяти фаз.


    • Таким образом, для выполнения каждой инструкции требуется пять циклов (CPI = 5)





  • Получение инструкции


    (ЕСЛИ)

  • тип = диск>


    • Получите следующую инструкцию.




  • Декодирование инструкций и выборка регистра


    (ID)

  • тип = диск>


    • Расшифруйте инструкцию и получите регистры из файла регистров.




  • Исполнение / расчет действующего адреса


    (EX)

  • тип = диск>


    • Выполните операцию.


      • Для загрузки и сохранения рассчитайте адрес памяти (базовый + иммед).


      • Для филиалов сравните и вычислите пункт назначения ответвления.




  • Доступ к памяти / завершение перехода


    (MEM)

  • тип = диск>


    • Для загрузки и сохранения выполните доступ к памяти.


    • Для


      принято


      ветки обновите счетчик программы.




  • Обратная связь


    (ВБ)

  • тип = диск>


    • Запишите результат в регистровый файл.


    • Для магазинов и филиалов ничего не делайте.


  • Datapath для


    без трубопроводов


    версия:


  • Красные ящики — это места временного хранения.




  • временный


    места хранения были добавлены в канал данных машины без трубопроводов, чтобы упростить конвейерную обработку.



  • Обратите внимание, что инструкции перехода и сохранения занимают 4 такта.


    • Предполагая, что частота ветвлений составляет 12%, а частота магазинов — 5%, CPI составляет 4,83.



  • Это реализация


    не


    оптимальный. Усовершенствования включают:


  • Выполнение инструкций ALU во время цикла MEM (снижение CPI до 4,35 при 47% рабочей частоте ALU).

  • тип = диск>



  • Возможны и другие улучшения CPI, но они могут увеличить время тактового цикла.



  • Также несколько


    аппаратное резервирование


    существует:


  • ALU можно разделить.

  • тип = диск>


  • Память данных и команд можно комбинировать, поскольку доступ осуществляется в разные тактовые циклы.

  • тип = диск>


  • Поскольку существует пять отдельных этапов, у нас может быть конвейер, в котором по одной инструкции на каждом этапе.



  • Это снизит CPI до 1, поскольку одна инструкция будет выдаваться (или завершаться) в каждом цикле.


  • В течение любого цикла на каждом этапе присутствует одна инструкция.



  • В идеале производительность увеличивается в пять раз!


  • Однако, как мы увидим, это редко бывает достижимо.

.

Утилизация труб

Арифметическая нагрузка

Обеспечивает распределение сметной стоимости для множества классов арифметических инструкций. Модель затрат основана на количестве задач, взвешенном по величине, обратной соответствующей пропускной способности инструкций. Классы инструкций соответствуют строкам таблицы арифметической пропускной способности, приведенной в фоновом разделе этого документа.

Арифметические инструкции выполняются множеством конвейеров на кристалле, которые могут работать параллельно.Как следствие, распределение арифметической рабочей нагрузки не является истинным разделом процента арифметического конвейера, показанного на диаграмме использования конвейера; однако тип команды с наивысшей оценкой стоимости, вероятно, вызывает наибольшее использование конвейера на кристалле.

Метрики

Все ссылки на отдельные инструкции сборки в следующих описаниях показателей относятся к собственной архитектуре набора инструкций (ISA) устройств CUDA, как дополнительно описано в Справочнике по набору инструкций.

FP32
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных команд сложения с плавающей запятой ( FADD ), умножения ( FMUL ), умножения-сложения ( FMAD ).

FP64
Расчетная рабочая нагрузка для всех 64-битных инструкций сложения с плавающей запятой ( DADD ), умножения ( DMUL ), умножения-сложения ( DMAD ).

FP32 (специальный)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных обратных чисел с плавающей запятой ( RCP ), обратных квадратных корней ( RSQ ), логарифма с основанием 2 ( LG2 ), экспоненты с основанием 2 ( EX2 ), синуса ( SIN ) ), косинус ( COS ) инструкции.

I32 (Добавить)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных целочисленных операций сложения ( IADD ), сложения с расширенной точностью, вычитания, вычитания с расширенной точностью, минимума ( IMNMX ), максимума инструкций.

I32 (Mul)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных целочисленных умножений ( IMUL ), умножения-сложения ( IMAD ), умножения-сложения с повышенной точностью, суммы абсолютной разницы ( ISAD ), подсчета населения ( POPC ), подсчета из ведущих нулей, старший значащий бит без знака ( FLO ).

I32 (Сдвиг)
Расчетная рабочая нагрузка для всех инструкций 32-битного целочисленного сдвига влево ( SHL ), сдвига вправо ( SHR ), сдвига воронки ( SHF ).

I32 (бит)
Предполагаемая рабочая нагрузка для всех инструкций 32-битного целочисленного обратного преобразования битов, извлечения битового поля ( BFE ) и вставки битового поля ( BFI ).

Логические операции
Расчетная рабочая нагрузка для всех логических операций ( LOP ).

Перемешать
Расчетная рабочая нагрузка для всех инструкций по перемешиванию деформации ( SHFL ).

Conv (от I8 / I16 до I32)
Предполагаемая рабочая нагрузка для преобразования всех типов из 8-битных и 16-битных целых чисел в 32-битные типы (подмножество I2I ).

Conv (до / от FP64)
Расчетная рабочая нагрузка для всех преобразований типов из и в 64-разрядные типы (подмножество I2F , F2I и F2F ).

Конв. (Прочие)
Расчетная рабочая нагрузка для всех других преобразований типов (оставшееся подмножество I2I , I2F , F2I и F2F ).

.

Утилизация труб

Арифметическая нагрузка

Обеспечивает распределение сметной стоимости для множества классов арифметических инструкций. Модель затрат основана на количестве задач, взвешенном по величине, обратной соответствующей пропускной способности инструкций. Классы инструкций соответствуют строкам таблицы арифметической пропускной способности, приведенной в фоновом разделе этого документа.

Арифметические инструкции выполняются множеством конвейеров на кристалле, которые могут работать параллельно.Как следствие, распределение арифметической рабочей нагрузки не является истинным разделом процента арифметического конвейера, показанного на диаграмме использования конвейера; однако тип команды с наивысшей оценкой стоимости, вероятно, вызывает наибольшее использование конвейера на кристалле.

Метрики

Все ссылки на отдельные инструкции сборки в следующих описаниях показателей относятся к собственной архитектуре набора инструкций (ISA) устройств CUDA, как дополнительно описано в Справочнике по набору инструкций.

FP16 Расчетная рабочая нагрузка для всех 16-битных инструкций сложения с плавающей запятой (HADD), умножения (HMUL), умножения-сложения (HFMA).

FP32
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных команд сложения с плавающей запятой ( FADD ), умножения ( FMUL ), умножения-сложения ( FMAD ).

FP64
Расчетная рабочая нагрузка для всех 64-битных команд сложения с плавающей запятой ( DADD ), умножения ( DMUL ), умножения-сложения ( DMAD ).

FP32 (специальный)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных обратных чисел с плавающей запятой ( RCP ), обратных квадратных корней ( RSQ ), логарифма с основанием 2 ( LG2 ), экспоненты с основанием 2 ( EX2 ), синуса ( SIN ) ), косинус ( COS ) инструкции.

I32 (Добавить)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных целочисленных операций сложения ( IADD ), сложения с расширенной точностью, вычитания, вычитания с расширенной точностью, минимума ( IMNMX ), максимума инструкций.

I32 (Mul)
Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных целочисленных умножений ( IMUL ), умножения-сложения ( IMAD ), умножения-сложения повышенной точности, суммы абсолютной разности ( ISAD ), подсчета населения ( POPC ), подсчета из ведущих нулей, старший значащий бит без знака ( FLO ).

I32 (Сдвиг)
Расчетная рабочая нагрузка для всех инструкций 32-битного целочисленного сдвига влево ( SHL ), сдвига вправо ( SHR ), сдвига воронки ( SHF ).

Cmp / Min / Max Расчетная рабочая нагрузка для всех операций сравнения

I32 (Bitfield / Rev) Расчетная рабочая нагрузка для всех 32-битных целочисленных инструкций обратного преобразования битов, извлечения битового поля (BFE) и вставки битового поля (BFI)

I32 (побитовая логика) Расчетная рабочая нагрузка для всех логических операций (LOP).

Перемешать искривление
Примерная рабочая нагрузка для всех инструкций по перемешиванию деформации ( SHFL ).

Видео SIMD Расчетная рабочая нагрузка для всех видео векторных инструкций

Conv (от I8 / I16 до I32)
Расчетная рабочая нагрузка для преобразования всех типов из 8-битных и 16-битных целых чисел в 32-битные типы (подмножество I2I ).

Conv (до / от FP64)
Расчетная рабочая нагрузка для всех преобразований типов из и в 64-битные типы (подмножество I2F , F2I и F2F ).

Конв. (Прочие)
Расчетная рабочая нагрузка для всех других преобразований типов (оставшееся подмножество I2I , I2F , F2I и F2F ).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.