Координация работ исполнительных элементов (арифметико-логических устройств, регистров и т.п.), страница 4

2. Подмена регистров

Программа (ПРОБЛЕМА)	Реальный порядок команд и регистры (РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ)
Р1=Р2+Р3	Р1=Р2+Р3
Р4=Р1+Р5	Р5’=Р6+Р7 (Р5’ – теневой (временный) регистр)
Р5=Р6+Р7	Р4=Р1+Р5
Некая команда	Некая команда, Р5=Р5’

При изменении последовательности команд может сложиться такая ситуация, когда нам потребуется записать значение в регистр, первоначальное значение которого требуется для других последующих команд. В этом случае процессор может сохранить значение в теневом регистре, позже переписав его в основной.

ПРОБЛЕМА ПЕРЕХОДОВ

В конвейеризированных процессорах существует ряд проблем, связанных с одновременным выполнением команд. Одна из таких проблем – проблема условных и безусловных переходов.

Безусловный переход (goto, jump)

Стадии конвейера	1
Выборка команды	Код 1	Код 2	Код 3	???	Код X
Декодирование		INC	JMP
Выборка операндов			А	X
Исполнение				A+1	-
Сохранение результатов					!

В случае если в ходе работы конвейера встречается команда безусловного перехода, выполнение следующей команды откладывается на несколько тактов (конкретно – теряется 2 такта работы процессора), необходимых для декодирования команды безусловного перехода и ожидания адреса следующей команды после перехода. Методов борьбы с безусловными переходами нет.

Условный переход

Стадии конвейера	1
Выборка команды	Код 1	Код 2	Код 3	???	???	Код X
Декодирование		INC	JE
Выборка операндов			А	X
Исполнение				A+1
Сохранение результатов					!

В случае команд условных переходов простой конвейера длится большее число тактов (здесь – теряется 3 такта работы процессора). Для получения адреса следующей команды нужно выполнить почти все стадии конвейера.

МЕТОДЫ БОРЬБЫ С УСЛОВНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

Существует несколько методов борьбы с условными переходами.

Можно бороться с условными переходами программными способами, но это сложно и практически не применяется. Поэтому применяют прогнозирование переходов и условное исполнение.

 1) ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДОВ

Динамическое прогнозирование (самый распространенный метод): метод использует вероятности, априорную информацию. Процессор пытается предсказать ветвь, по которой пойдет выполнение программы, и начинает выполнять эту ветвь; если ветвь угадана, то процессор продолжает работу без потери тактов, когда ветвь не угадывается, результаты работы по неправильной ветви отбрасываются, и начинается выполнение правильной ветви. При динамическом прогнозировании ветвь выбирается процессором «на ходу» на основании ранее разработанной статистики о вероятности выполнения ветвей.

Статическое прогнозирование: процент правильного прогнозирования выше, чем у динамического; нет большого блока, который управляет проверкой; работает на этапе компиляции или создания программ (программист сам делает); требуется систему определенных команд. При статическом прогнозировании вероятная ветвь выбирается при разработке или компиляции программы и указывается в ходе программы.