Конвейер команд

Цикл выполнения любой команды можно представить состоящим из К этапов. Если процессор имеет отдельную аппаратуру для выполнения каждого этапа, то эту аппаратуру можно соединить в обрабатывающую линию и получить классическую схему конвейера команд или операций.

Каждый блок (ступень) конвейера выполняет один этап рабочего цикла процессора и передает результат выполнения этого этапа на следующий блок для реализации очередного этапа и т.д.

Рассмотрим синхронный конвейер команд, который обычно применяется в большинстве современных микропроцессорах.

Пусть рабочий цикл выполнения команды состоит из шести этапов, т.е. К =6:

1) Выборка команды (ВК). На этом этапе проводится чтение очередной команды программы из памяти и запись ее в регистр команд процессора.

2) Декодирование команды (ДК). На втором этапе проводится определение кода операции команды и способы адресации операндов.

3) Вычисление адресов операндов (ВА). Вычисляются физические адреса каждого из операндов в соответствии со способом его адресации.

4) Выборка операндов (ВО). Чтение операндов из памяти и запись их в регистры процессора (РОНы).

5) Исполнение команды (ИК). Выполнение самой команды. Большинство арифметических и логических команд выполняется в АЛУ.

6) Запись результата (ЗР). Запись результата выполнения операции в память.

Некоторые команды могут выполняться за меньшее количество этапов. Например, для команд типа “регистр-регистр” не требуется 4-ый и 6-ой этапы.

Временная диаграмма выполнения девяти команд на конвейере (N=9):

Рис.1

На рисунке показан конвейер с шестью ступенями (этапами). В диаграмме предполагается, что каждая команда обязательно проходит все шесть ступеней, хотя бывают команды, для выполнения которых требуется меньшее количество этапов. На конвейере все этапы выполняются одновременно.

При отсутствии конвейера выполнение 9 команд заняло бы 9*6=54 такта. Использование конвейера позволяет сократить время обработки до 14 тактов.

Дата добавления: 2013-12-12