Риск по управлению

Простейший конвейер ориентирован на линейные программы. Однако реальные программы практически никогда не бывают линейными, поскольку в них обязательно присутствуют команды перехода, изменяющие естественный порядок вычислений. Это команды условного и безусловного перехода, вызова процедур, возврата из процедур и т.д. доля подобных команд в программе не ниже 10-20%. Выполнение команд перехода может приводить к приостановке конвейера на несколько тактов, из-за чего производительность процессора снижается. Существует два фактора ведущих к приостановке конвейера.

Первый фактор характерен для любой команды перехода и связан с выборкой команды из точки перехода по адресу, указанному в команде. То, что текущая команда является командой перехода, становится известным лишь на второй ступени, т.е. на стадии декодирования команды DK спустя два такта с момента поступления команды на конвейер. За это время на первые ступени конвейера уже поступят новые команды, извлеченные из памяти в предположении, что естественный порядок вычислений не будет нарушен. В случае перехода эти ступени нужно очистить и загрузить в конвейер команду, расположенную по адресу перехода. Исполнительный адрес перехода вычисляется только на третьем этапе. Таким образом, реализация перехода в конвейере требует определенных затрат времени, что равносильно остановке конвейера на два-три такта.

Второй фактор нарушения ритмичности работы конвейера имеет отношение только к командам условного перехода. До завершения команды перехода невозможно определить, какая из команд i -ая или j -ая должна выполняться следующей.

Поэтому конвейер просто загружает i -ую команду, следующую за (i-1) -ой командой перехода и продолжает свою работу по левой ветке. Если по завершении команды перехода выяснится, что переход произошел, т.е. следующей должна выполняться j -ая команда, то все ранее выбранные по левой ветке команды исполнять не надо, а нужно выбрать из памяти j -ую команду и вновь начать загружать конвейер, предварительно очистив его от команд левой ветки. Поскольку на загрузку конвейера требуется время, то это и есть плата из-за невозможности предвидения исхода команды условного перехода. Поэтому в современных ЭВМ применяются различные методы, позволяющие сократить потери времени на новую загрузку конвейера в случае, если переход произошел.

Эти потери времени можно сократить либо за счет ускорения процесса вычисления адресов и выборки команд, либо за счет решения проблемы условного перехода в целом.

Дата добавления: 2013-12-12