Наличие такого конвейера позволяет повысить производительность в раз (в идеальном случае)

Создание конвейера осложняется следующими обстоятельствами:

длительность этапов может быть различной

- результат предыдущей операции используется в качестве операнда в последующей (например, результат команды «К» должен быть использован в качестве источника в команде «К+3») или команда «К» является передачей управления, то есть после неё должна следовать команда К+М.

- в программе нарушается линейность, т.е. появляются ветвления (переходы): команда «К» является передачей управления, то есть после неё должна следовать команда К+М.

- в некоторых операциях присутствуют не все этапы.

Эти проблемы решаются либо компилятором, который старается выстраивать команды в порядке наиболее удобном для конвейера и при необходимости вставляет команды холостого хода, либо аппаратно.

Предполагается, что все этапы по длительности одинаковы или хотя бы были кратны по длительности. В последнем случае можно организовать перекрытие частей этапов. Такая организация называется суперконвейером.

Тем не менее, введение пятистадийного конвейера в Интел 486 позволило, по сравнению с Интел 386, повысить тактовую частоту в три раза, а время выполнения команд (в тактах) – сократить вдвое.

Дальнейшим развитием конвейеризации является использование нескольких устройств обработки с собственным конвейером, так называемая, разнесенная архитектура. В простейшем случае это введение дополнительных сопроцессоров, каждый из которых управляется собственным потоком команд. Например, адресный процессор и процессор с плавающей запятой. Не вдаваясь в подробности, метод предполагает наличие нескольких конвейеров данных: очередь адресов чтения и записи, очередь данных чтения и записи. Проблема расщепления программы на отдельные ветви для каждого

процессора решается компилятором или посредством специальной аппаратуры расщепления.

Например, начиная с Р2 реализована концепция динамического выполнения команд, которая реализуется тремя концепциями: предсказания переходов, динамическом анализе потока данных и спекулятивном выполнении команд.

Концепция предсказания переходов заключается в том, что при появлении в потоке команд операций ветвления в конвейер загружается наиболее вероятная ветвь.

Стратегии предсказания переходов подразделяют на статическое предсказание и динамическое предсказание.

Статическое предсказание закладывается на стадии компиляции.

-      Никогда

-      Всегда

-      Всегда первый в цикле

-      Никогда, если не первый в цикле

-      Наиболее вероятные переходы (по статистике тестовых задач).

-      По виду перехода (>0, <0, =0 и т.д.)

-      По направлению перехода (вперёд - назад)

Динамическое предсказание переходов основывается на запоминании истории событий.

что переход

не будет

">

что переход

будет

">Например, может описываться конечным автоматом с двумя (или более) состояниями.

1 0 Не был Был

                Был

                                                                                 не был

Концепция динамического анализа потока данных заключается в частности в том, что производится выборка тех данных из памяти, которые потребуются позже, пока, например, выполняются предыдущие операции над регистрами.

Концепция спекулятивного выполнения команд – это способность процессора выполнять команды в порядке отличном от входного потока команд (с опережением) в том случае, если отсутствует зависимость по данным.

Реализация концепций динамического выполнения команд обеспечивает более полную загрузку процессора и соответственно позволяет получить большую производительность.



Содержание раздела