Zusammenfassung

Annahme:

• Die Ausführung eines Befehls besteht aus 5 Phasen:
  • Instruction Fetch (IF)
  • Instruction Decode (ID)
  • Execution (EX)
  • Memory Access (MA)
  • Write Back (WB)
• 1 Takt pro Phase
• Es gibt insgesamt 5 Befehle

Ohne Pipelining kann ein Befehl nur dann ausgeführt wird, wenn die Ausführung des letztes Befehls fertig ist. In diesem Fall wir brauchen insgesamt $5 \times 5 = 25$ Takte.

Mit skalarer Pipelining können diese 5 Befehle idealerweise ¹ 9 Takte fertig ausgeführt werden.

Aber in praktisch treten Pipeline-Konflikte häufig auf. Pipeline-Konflikte verhindern, dass die nächste Instruktion im Befehlsstrom im zugewiesenen Taktzyklus ausgeführt wird.

Es gibt drei Typen der Konflikte:

• Strukturkonflikte
• Datenkonflikte
  • RAW
  • WAR
  • WAW
• Steuerkonflikte

Die einfachste Auflösung der Pipeline-Konflikte ist:

• Anhalten der Pipeline (Pipeline stall), oder

• Einfügen eines Leerzyklus (Pipeline Bubble)

Aber das führt zu Leistungseinbußen.

Andere Einschränkungen/Nachteile skalarer Pipelines ist die obere Grenze des Durchsatzes ($IPC \leq 1$ oder $CPI \geq 1$). Lösung dazu ist Nebenläufigkeit:

• statische: VLIW (Very Long Instruction Word)
• dynamische: Superskalartechnik
  • Algorithm: Tumasulo Algorithm