Конвейерная организация работы микропроцессора

Конвейерная организация работы микропроцессора
Выполнение каждой команды складывается из ряда последовательных этапов, 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.
Har bir buyruqning bajarilishi bir qator ketma-ket bosqichlardan iborat bo'lib, ularning mohiyati buyruqdan buyruqqa o'zgarmaydi. Protsessor tezligini oshirish va uning barcha imkoniyatlaridan maksimal darajada foydalanish uchun zamonaviy mikroprotsessorlar axborotni qayta ishlashning konveyer prinsipidan foydalanadilar. Bu tamoyil har qanday vaqtda protsessorning har bir bosqichni bajarish uchun alohida apparat resurslari ajratilgan holda bir nechta ko'rsatmalarni bajarishning turli bosqichlarida ishlashini nazarda tutadi. Keyingi soat zarbasida quvur liniyasidagi har bir buyruq keyingi ishlov berish bosqichiga o'tadi, tugallangan buyruq quvur liniyasini tark etadi va unga yangisi kiradi.
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.
   

Выполнение команд в таком конвейере представлено в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Порядок выполнения команд в 5-ступенчатом конвейре

Bosqichlarning soni va mohiyati turli protsessorlarda farqlanadi.

Buyruqning bajarilishi quyidagi bosqichlardan iborat bo'lgan besh bosqichli quvur liniyasi misolida quvur liniyasi ma'lumotlarini qayta ishlash tamoyillarini ko'rib chiqaylik:
1. IF (INsTRuction Fetch) - protsessorga buyruqni o'qish;
2. ID (INsTRuction DecodING) - buyruqni dekodlash;
3. OR (Operand ReadINg) - operandlarni o'qish;
4. EX (ExecutING) - buyruqni bajarish;
5. WB (Write Back) - natijani yozib olish.
Bunday quvur liniyasida buyruqlarning bajarilishi Jadvalda keltirilgan. 9.1.
9.1-jadval. 5 bosqichli quvur liniyasida buyruqni bajarish tartibi