Конвейер. Типы конфликтов

Конвейер инструкций

Стадии:
Выборка инструкций.
Выборка данных из регистров и декодирование инструкции.
Исполнение инструкции (вычисление

Диаграмма конвейерного исполнения

I
n
s
t
r.
O
r
d
e
r

Time (clock cycles)

Что препятствует эффективному исполнению инструкций на конвейере?

Зависимости между инструкциями.
Наличие зависимостей приводит

Конфликт

Конфликты – это некоторая ситуация, при которой не возможно запустить следующую

Типы конфликтов.

Структурные конфликты
Разным инструкциям требуется доступ к одному ресурсу процессора.
Конфликты по

Конфликты по данным.

RAW (read after write). Чтение поле записи.
i.R2 <- R1

Способы разрешения конфликтов.

Программные
Обнаружение конфликтов в процессе компиляции и добавление инструкций nop.
Статическое

Структурные конфликты и механизмы их устранения.

I
n
s
t
r.
O
r
d
e
r

Time (clock cycles)

Load

Instr 1

Instr 2

Instr 3

Instr

Структурные конфликты и механизмы их устранения.

I
n
s
t
r.
O
r
d
e
r

Time (clock cycles)

Load

Instr 1

Instr 2

Nop

Instr 3

DMem

Cycle

Структурные конфликты и механизмы их устранения.

Второй способ устранения приводит к добавлению

Конфликт RAW

Time (clock cycles)

Конфликт RAW

Time (clock cycles)

Устранение RAW конфликтов методом bypass

Метод Bypass сводиться к возможности передачи

Пример механизма bypass.

Time (clock cycles)

Аппаратные изменения для работы bypass

MEM/WR

ID/EX

EX/MEM

Data
Memory

mux

mux

Registers

NextPC

Immediate

mux

Ограничения bypass (проблема загрузки)

Time (clock cycles)

Ограничения bypass

Данные могут быть переданы на другую стадию, только в том

Решение проблемы загрузки остановкой конвейера

Time (clock cycles)

or r8,r1,r9

I
n
s
t
r.
O
r
d
e
r

lw r1, 0(r2)

sub r4,r1,r6

and

Статическое планирование конвейера

Это программный подход, который сводиться к перестановке инструкций внутри

Конфликт управления

Time (clock cycles)

Как уменьшить количество тактов простоя

Adder

Memory
Access

Write
Back

Instruction
Fetch

Instr. Decode
Reg. Fetch

Execute
Addr. Calc

Memory

Reg File

MUX

Data
Memory

MUX

Sign
Extend

Zero?

Next SEQ PC

RD

RD

RD

WB

Динамическое планирование исполнения инструкций

Идея динамического планирования в том, что инструкции запускаются

Конфликты связанные с внеочередным исполнением

Пример:
DIV.D F0,F2,F4
ADD.D F6,F0,F8
SUB.D F8,F10,F14
MULT.D F6,F10,F8
Несмотря на то,