Pipelining - Rechneraufbau und Rechnerarchitektur - page 43

Takt 1 Takt 2 Takt 3 Takt 4 Takt 5 Takt 6

Fetch

Befehl 1 Befehl 2 Befehl 3 Befehl 4 Befehl 5 Befehl 6

Decode

Befehl 1 Befehl 2 Befehl 3 Befehl 4 Befehl 5

Execute

Befehl 1 Befehl 2 Befehl 3 Befehl 4

Memory

Befehl 1 Befehl 2 Befehl 3

Write Back

Befehl 1 Befehl 2

Abbildung 3.3. Pipeline-Diagramm (Reservation Table) fur die Stufen. Die funf
Pipeline-Stufen sind in y -Richtung aufgezeigt. Bei mehreren Befehlen wachst diese
Diagrammform nur in der Breite

Ubung 3.1.1
1. Welche MMIX -Befehle laufen ohne Bearbeitung durch die M-Phase?
2. Welche MMIX -Befehle laufen ohne Bearbeitung durch die W-Phase?
3. Welche Beschleunigung verspricht der Ubergang zum Pipelining mit den
oben gemachten Annahmen uber die Verweildauer in den einzelnen Stufen?
Nehmen Sie dazu an, dass die Haufigkeiten der einzelnen Befehlsarten wie
folgt sind [28]: Je 20% Speicherzugriffe mit und ohne Bearbeitung in der
W-Phase, 40% arithmetische Befehle und 20% Sprungbefehle.

3.1.1

Um die Ablaufe in einer Pipeline zu veranschaulichen, sind zwei Arten von
Diagrammen ublich, so genannte Reservation Tables [11]. Abbildungen 3.3
und 3.4 zeigen die beiden Formen. Beide Diagramme zeigen in x -Richtung
die fortlaufenden Taktzyklen. Bei der ersten Variante sind die Pipeline-Stufen
in y -Richtung aufgezeigt und die Befehle sind entsprechend ihres Durchlaufs
durch die Pipeline eingetragen (Abbildung 3.3). Die zweite Variante zeigt in
y -Richtung die einzelnen Befehle und im Diagramm die Stufen, die sie zum
jeweiligen Taktzyklus durchlaufen (Abbildung 3.4). Wir werden im Folgen-
den die zweite Variante verwenden. Mit zunehmender Anzahl an gezeigten
Befehlen wachsen diese Diagramme in beiden Dimensionen.

3.2

3.2 Pipeline-Hemmnisse
Im erwahnten Beispiel der Essensausgabe einer Mensa kann ein einzelner
Studierender die Abfertigung beeintrachtigen und alle Nachfolger aufhalten,
wenn er etwa Sonderwunsche bei der Ausgabe des Hauptgerichts hat oder an
der Kasse muhsam aus allen Taschen sein Kleingeld zusammen suchen muss.
Oder wenn an der ersten Station das Besteck ausgeht, dann mussen alle in
der Schlange warten, bis ein Angestellter der Mensa Nachschub heran bringt.