Арифметическо-логическое устройство (АЛУ). Структура АЛУ. Регистровая АЛУ разрядно-модульного типа, страница 25

Конвейерная обработка в вычислителях

          В RISC процессорах большинство команд представляет собой RG®RC и их машинный цикл состоит из двух фаз: I – фазы выборки; Е – фазы выполнения.

          В этом случае конвейер получается двухфазным и операции не равны по своей длине. Поэтому фазу исполнения подразделяют как бы на 2 фазы: именно фаза исполнения (Е) и фаза обращения к памяти (D). D – подразумевает чтение информации или размещение информации в памяти, т.е. конвейер приобретает в этом случае следующий вид.

М®А Загрузка	I	E	D
М®В Загрузка		I		E	D
А+В=С Сложить				I		E
С®М Запомнить						I	E	D
Х Ветвление							I		E
NOP									I	E

I – выборка команды

E – исполнение команды

D – обращение к памяти

На этом рисунке совмещаются 2 операции – это исполнение и выборка. Вычисление результата в двух различных командах выполняется одновременно, однако размещение результата не может быть совмещено во времени в двух командах, т.к. обращение…

Снижение быстродействия вызвано следующим:

-  использование однопортовых ОЗУ;

-  использование команды  NOP после ветвления для того, чтобы синхронизировать работу ВС.

В некоторых структурах используются двухпортовые ОЗУ, тогда

М®А Загрузка	I	E	D
М®В Загрузка		I	E	D
А+В=С Сложить				I	E
С®М Запомнить					I	E	D
Х Ветвление						I	E
NOP							I	E

Отсутствуют провалы (дыры) за счёт команды NOP

          В этом случае используется трёхступенчатый конвейер и для того, чтобы обеспечить синхронизацию, т.е. выполнять операцию сложения в тот момент времени, когда готовы все операнды для её выполнения, вводится пустая операция NOP. Эта структура позволяет повысить быстродействие почти в 3 раза. Однако максимального быстродействия не достигается из-за того, что в командах ветвления необходимо введение дополнительной команды MOP для обеспечения синхронизации.

          Конвейерный режим функционирует в системах оптимально только тогда, когда все фазы имеют одинаковую длину. Обычно фаза Е длиннее фазы I. Поэтому её разбивают на две Е1 и Е2. Е1 – это считывание информации из регистрового файла; Е2 – выполнение операции в АЛУ и запись результата в регистровый файл.

          Эти две операции практически одинаковы по своей длине.

М®А Загрузка	I	E1	Е2	D
М®В Загрузка		I	E1	Е2	D
А+В=С Сложить				I	E1	Е2
С®М Запомнить					I	E1	Е2	D
Х Ветвление						I	E1	Е2
NOP							I	E1	Е2