Hardware Reference
In-Depth Information
Takt 1
Takt 2
Takt 3
Takt 4
Takt 5
Takt 6
Takt 7
Befehl 1
F
D
X
M
W
Befehl 2
F
D
X
M
W
Befehl 3
F
D
X
M
W
Befehl 4
F
D
X
M
Befehl 5
F
D
X
Abbildung 3.4. Pipeline-Diagramm (Reservation Table) fur die Befehle. In y -Richtung
sind Befehle aufgetragen. Das Diagramm zeigt, welcher Befehl sich zu einem bestimmten
Zeitpunkt in welcher Stufe befindet. Bei mehreren Befehlen wachst diese Diagrammform in
der Hohe und in der Breite
In diesem Abschnitt beschaftigen wir uns mit Situationen und Bedingungen,
unter denen die Befehlsausfuhrung in Pipelines ins Stocken geraten kann. Da
dies die Leistung eines Prozessors beeintrachtigt, spricht man von Pipeline-
Hemmnissen , im Englischen auch von Pipeline-Hazards (deutsch: Gefahrdung
oder Risiko). Es gibt drei Arten solcher Hemmnisse:
1. Strukturelle Hemmnisse
2. Hemmnisse durch Datenabhangigkeiten
3. Ablaufbedingte Hemmnisse
Diese werden wir nun besprechen.
3.2.1 Strukturelle Hemmnisse
Strukturelle Hemmnisse ergeben sich immer aus dem Aufbau und der Struk-
tur der Hardware.
Wenn es moglich sein soll, dass zu jedem Zeitpunkt ein Befehl in jeder Stufe
der Pipeline bearbeitet wird, so stellt man fest, dass Situationen auftreten
konnen, bei denen zwei Speicherzugriffe gleichzeitig stattfinden mussten. Das
ist dann der Fall, wenn ein Befehl einen Speicherzugriff ausfuhrt (Phase M)
und ein nachfolgender Befehl gerade aus dem Speicher geholt werden soll
(Phase F). Wenn nur eine Schnittstelle zum Speicher besteht, so kann aber
nicht gleichzeitig auf Befehle und Daten zugegriffen werden. Das Diagramm in
Abbildung 3.5 veranschaulicht die sich daraus ergebende Situation. In Takt 4
behindert der Speicherzugriff von Befehl 1 das Laden (Fetch) von Befehl 4.
Das geht so weiter: In den Takten 5 und 6 behindern die Speicherzugriffe
der Befehle 2 und 3 das Laden von Befehlen 4 und 5. Alle nachfolgenden
Befehle werden dadurch erst drei Takte spater durch die Pipeline geschickt.
Die Weitergabe der Befehle gerat dadurch ins Stocken. Man spricht in die-
sem Fall von einem Pipelinestillstand oder einer Blockade (englisch: Pipeline
Stall ). Bei den aufgehaltenen Befehlen sind die entsprechenden Takte grau
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