Вопрос 9 - Конвейерная технология обработки команд
В работе процессора можно выделить нескольнко основных стандартных фаз работы:
-
Выборка команды (ВК)
-
Вычисление адреса и выборка операнда (ВО)
-
Выполнение команды и запись результатов(АО)
-
Обработка прерываний
-
Изменение состояний процессора и системы в целом
1.ВК
( ) в этой фазе осуществляется передача
содержимого счетчика команд в регистр
адреса памяти, считывание команды из
памяти в регистр команд, модификация
содержимого счетчика команд для выборки
следующей команды.
2.ВО
( ) выполняется вычисление адреса и
обращение к памяти, считывание из памяти
операндов и запись их в какие-то регистры.
3.АО
( ) инициализация кодом операции
(дешифрация операции) цикла работы
устройства управления. Этим управляющим
сигналом выполняются операции в АЛУ.
Результат операции записывается в
регистр или ОП.
Эти операции выполняются последовательно (последовательная обработка команд) по Фон-Нейману.
n команды
n+1 1 2 3 4 5 6 такты
За 6 тактов выполняется две команды, неэффективно используется процессор, произв-сть и загрузка низкая.
Конвейер команд – это совмещение этих фаз:
n На 3-ем такте
выполняется одновременно
три команды, это дает выигрыш во времени
n+1 за 5 тактов три команды
n+2 1 2 3 4 5
Трудности реализации:
-
конвейер приостанавливает свою работу при выборке любой команды условного перехода
-
конвейер может совмещать работу нескольких команд, если эти команды не взаимозависимы между собой (результат одной команды не используется другой).
Ставят блоки прогнозирования ветвления предназначенные для того, чтобы выбрать с наибольшей вероятностью по какой ветви дальше пойдет программа.
Совмещение обработки (конвейер команд) объем оборудования и усложняет схему управления. Это увеличение и усложнение возрастает с увеличением числа уровней совмещений, поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать число уровней совмещений, для получения заданных параметров. Основным параметром является отношение производительности к стоимости. Опыт показал, что технически и экономически целесообразна переработка 5-6 команд.