Výrok „Počítač je pouze tak inteligentní jako jeho uživatel.“ (Radek Lochman, dnes)

O co jde?  instrukce je rozdělena do několika stupňů  každý je vykonáván v rozdílném hodinovém cyklu  nejčastější je pětistupňová pipeline  stupně  1) výběr instrukce (čtení operačního znaku)  2) dekódování  3) výběr operandů  4) vykonávání (provedení operace)  5) zápis výsledku  některé pozdější procesory mají až desetistupňovou pipeline

Zpracování instrukce

Pipelining  po pěti hodinových cyklech je instrukce č. 1 hotová, instrukce 2 má jeden cyklus do dokončení... instrukce 5 proběhla prvním stupněm  takto je možné snadno vyřešit problém s nedostatečnou rychlostí elektronů a zvýšit tak frekvenci čipu  výsledný výpočetní výkon je totiž stejný bez ohledu na to, kolik stupňů pipeline má - vždy v jednom cyklu dojde k dokončení jedné instrukce

Popis zkratek  VI – výběr instrukce  DI – dekódování instrukce  VO – výběr operandu  PO – provedení operace  ZV – zápis výsledku

Rozdělení  existují tři možnosti zpracování instrukce :  1) bez použití pipeline (klasicky sekvenčně)  2) s předvýběrem instrukce  3) s plným použitím pipeline

Bez pipeline  každá instrukce začíná teprve až předchozí skončí  malá efektivnost

S předvýběrem instrukce  při dokončování předchozí instrukce se už vybírá ta následující  stále ne příliš efektivní

Plný pipeline  všech pět operací probíhá současně v pěti různých sekcích  během každého taktu je vždy čtena následující instrukce a také vytvořen nový výsledek  průměrná doba provedení jedné instrukce je 1 takt => efektivní!!!

Nevýhoda Pipelining má bohužel i stinné stránky :  datové závislosti instrukcí –jedna instrukce potřebuje data, která jsou výsledkem instrukce předchozí. –to může při pipelingovém způsobu zpracování trvat několik cyklů => zdržení  instrukce nezná adresu paměti, odkud má přečíst data –adresa je výsledkem předchozí instrukce  instrukce podmíněného skoku –narušení přednačítaných instrukcí => neví, která instrukce bude následovat  delší pipeline => víc takovýchto "příhod"  vznikají prázdná místa ("bublinky") => snížení výkonu

Řešení nevýhod pipeline  řešení datových závislostí  mezi datově závislé instrukce vložíme jednu nebo několik datově nezávislých  procesor bude stále využit => nedojde ke zdržení  řešení podmíněných skoků  musíme zajistit, aby se do fronty instrukcí zařazovaly ty instrukce, které se poté skutečně budou provádět a abychom nemuseli v případě špatného výběru frontu instrukcí mazat  existují tři řešení :  1) bit predikce skoku  2) zpoždění instrukce skoku  3) použití paměti skoku

Řešení podmíněných skoků  bit predikce skoku  v každé skokové instrukci je rezervován jeden bit, který definuje, zda podmínka bude či nebude splněna. Tento bit se nastavuje buď předem (kompilátor či programátor vyhodnotí, co bude pravděpodobnější) a nebo během programu (při prvním provedení se nastaví podle toho, zda skok byl či nebyl proveden)  vylepšením může být použití dvou bitů místo jednoho (odstraní jedno chybné rozpoznání)  zpoždění instrukce skoku  čtení instrukce z paměti je výrazně delší než z fronty instrukcí, proto se do fronty načte určitý počet instrukcí jak pro splněnou tak pro nesplněnou podmínku a teprve po vyhodnocení podmínky se provádí ta správná větev  použití paměti skoků  do této paměti se ukládají instrukce, na které v poslední době směřoval skok  paměť je typu FIFO, tedy zaplňuje se cyklicky stále novými instrukcemi při každém skoku, který ještě v paměti nebyl