План Конвейерный принцип обработки информации

Рис. 6.2. Конвейер системы АSС
Выполнение типичной команды можно разделить на следующие этапы:
С 1 – выборка команды (по адресу, заданному счетчиком команд, из памяти извлекается команда и помещается в буфер);
С 2 – декодирование команды (определение КОП и типа операндов);
С 3 – выборка операндов (определение местонахождения операндов и вызов их из регистров);
С 4 – выполнение команды;
С 5 – запись результата в нужный регистр.
Параллелизм нижнего уровня реализуется на однопроцессорных машинах. Назва­ние однопроцессорные предполагает, что подобные архитектуры выполняют только один поток команд. Классическим примером однопроцессорной архитектуры является архитек­тура фон Неймана со строго последовательным выполнением команд.
При конвейерной обработке часто возникают конфликты, которые препятствуют выпол­нению очередной команды в предназначенном для нее такте. Конфликты могут быть как структурные, по управлению и 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.
Конфликты по данным возникают в случаях, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды. Устранение конфликтов по дан­ным типов WAR и WAW достигается путем отказа от неупорядоченного исполнения ко­манд, но чаще всего путем введения буфера восстановления последовательности команд.

2. 
   Суперскалярные архитектуры
   

Смысл суперскалярной обработки - наличие в аппаратуре средств, позволяющих одновременно выполнять две и более скалярных операций, т.е. команд обработки пары чисел. Этот метод хорош тем, что он "прозрачен" для программиста - со­ставление программ для подобных процессоров не требует никаких специальных усилий, ответственность за параллельное выполнение операций возлагается в основном на аппа­ратные средства.
Другой способ реализации суперскалярной обработки заключается в кардинальной перестройке всего процесса трансляции и исполнения программ. Уже на этапе подготовки программы компилятор группирует не связанные операции в пакеты, содержимое кото­рых строго соответствует структуре процессора. Например, если процессор содержит функционально независимые устройства сложения, умножения, сдвига и деления, то мак­симум, что компилятор может "уложить" в один пакет - это четыре разнотипные опера­ции: сложение, умножение, сдвиг и деление. Сформированные пакеты операций преобра­зуются компилятором в командные слова.
Недостатком суперскалярных микропроцессоров является необходимость син­хронного продвижения команд в каждом из конвейеров.

3.