Устранения.

Выполнение каждой команды складывается из ряда последовательных этапов (шагов,

стадий), суть которых не меняется от команды к команде. С целью увеличения

быстродействия процессора и максимального использования всех его возможностей в

современных микропроцессорах используется конвейерный принцип обработки

информации. Этот принцип подразумевает, что в каждый момент времени процессор

работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение

каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы. По очередному тактовому

импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки,

выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него.

В различных процессорах количество и суть этапов различаются. Рассмотрим

принципы конвейерной обработки информации на примере пятиступенчатого конвейера, в

котором выполнение команды складывается из следующих этапов:

1. IF (Instruction Fetch) - считывание команды в процессор;

2. ID (Instruction Decoding) - декодирование команды;

3. OR (Operand Reading) - считывание операндов;

4. EX (Executing) - выполнение команды;

5. WB (Write Back) - запись результата.

Так как в каждом такте могут выполняться различные стадии обработки команд, то

длительность такта выбирается исходя из максимального времени выполнения всех

стадий. Кроме того, следует учитывать, что для передачи команды с одной стадии на

другую требуется определенное дополнительное время (Δt), связанное с записью

промежуточных результатов обработки в буферные регистры.

Конфликты - это такие ситуации в конвейерной обработке, которые препятствуют

выполнению очередной команды в предназначенном для нее такте.

Конфликты делятся на три группы:

· структурные,

· по управлению,

· по данным.

Структурные конфликты возникают в том случае, когда аппаратные средства

процессора не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме

одновременного выполнения с совмещением.

1. Не полностью конвейерная структура процессора, при которой некоторые ступени

отдельных команд выполняются более одного такта.

Первый предполагает увеличение времени такта до такой величины, которая

позволила бы все этапы любой команды выполнять за один такт. Однако при этом

существенно снижается эффект конвейерной обработки, так как все этапы всех команд

будут выполняться значительно дольше, в то время как обычно нескольких тактов

требует выполнение лишь отдельных этапов очень небольшого количества команд. Второй

способ предполагает использование таких аппаратных решений, которые позволили бы

значительно снизить затраты времени на выполнение данного этапа (например,

использовать матричные схемы умножения). Но это приведет к усложнению схемы

процессора и невозможности реализации на этой БИС других, функционально более

важных, узлов.

Таблица 3.

Такт