Конвейер с многоступенчатыми функциональными устройствами

Рисунок 5.21. Конвейер с многоступенчатыми функциональными устройствами

Конфликты и ускоренные пересылки в длинных конвейерах

Имеется несколько различных аспектов обнаружения конфликтов и организации ускоренной пересылки данных в конвейерах, подобных представленному на рисунке 5.21:

Поскольку устройства не являются полностью конвейерными, в данной схеме возможны структурные конфликты. Эти ситуации необходимо обнаруживать и приостанавливать выдачу команд.

Поскольку устройства имеют разные времена выполнения, количество записей в регистровый файл в каждом такте может быть больше 1.

Возможны конфликты типа WAW, поскольку команды больше не поступают на ступень WB в порядке их выдачи для выполнения. Заметим, что конфликты типа WAR невозможны, поскольку чтение регистров всегда осуществляется на ступени ID.

Команды могут завершаться не в том порядке, в котором они были выданы для выполнения, что вызывает проблемы с реализацией прерываний.

Прежде чем представить общее решение для реализации схем обнаружения конфликтов, рассмотрим вторую и третью проблемы.

Если предположить, что файл регистров с ПТ имеет только один порт записи, то последовательность операций с ПТ, а также операция загрузки ПТ совместно с операциями ПТ может вызвать конфликты по порту записи в регистровый файл. Рассмотрим последовательность команд, представленную на рисунке 5.22. В такте 10 все три команды достигнут ступени WB и должны произвести запись в регистровый файл. При наличии только одного порта записи в регистровый файл машина должна обеспечить последовательное завершение команд. Этот единственный регистровый порт является источником структурных конфликтов. Чтобы решить эту проблему, можно увеличить количество портов в регистровом файле, но такое решение может оказаться неприемлемым, поскольку эти дополнительные порты записи скорее всего будут редко использоваться. Однако в установившемся состоянии максимальное количество необходимых портов записи равно 1. Поэтому в реальных машинах разработчики предпочитают отслеживать обращения к порту записи в регистры и рассматривать одновременное к нему обращение как структурный конфликт.

Команда Номер такта

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

MULTD F0,F4,F6 IF ID EX11 EX12 EX13 EX21 EX22 EX23 MEM WB

... IF ID EX MEM WB

ADDD F2,F4,F6 IF ID EX11 EX12 EX21 EX22 MEM WB

... IF ID EX MEM WB

... IF ID EX MEM WB

LD F8,0(R2) IF ID EX MEM WB

Содержание раздела