Casa > Exposició > Contingut

Conceptes microarquitectònics. Direcció de pipelines d'instruccions

Mar 09, 2019

Una de les primeres i més poderoses tècniques per millorar el rendiment és l'ús de pipelining d'instruccions. Els primers dissenys de processadors realitzarien tots els passos anteriors per a una instrucció abans de passar a la següent. Les grans porcions del circuit es van deixar inactives en qualsevol pas; per exemple, els circuits de descodificació d'instruccions estaven inactius durant l'execució i així successivament.


La distribució de canonades millora el rendiment permetent que diverses instruccions funcionin al mateix temps a través del processador. En el mateix exemple bàsic, el processador començaria a descodificar (pas 1) una nova instrucció mentre l’últim esperava els resultats. Això permetria que fins a quatre instruccions estiguessin "en vol" alhora, fent que el processador es vegi quatre vegades més ràpid. Tot i que qualsevol instrucció prengui tant temps com per completar-se (encara hi ha quatre passos) la CPU en conjunt "es retira" les instruccions molt més ràpidament.


RISC fa que els oleoductes siguin més petits i més fàcils de construir separant de manera neta cada etapa del procés d'instrucció i fent-los durar la mateixa quantitat de temps: un cicle. El processador en conjunt opera en forma de línia de muntatge, amb instruccions que vénen d’un costat i donen resultats a l’altre. A causa de la reduïda complexitat del clàssic gasoducte RISC, el nucli canalitzat i una memòria cau d’instruccions es van poder col·locar a la mateixa mida de la matriu que, en cas contrari, s’ajustaria al nucli solament en un disseny CISC. Aquesta era la veritable raó per la qual RISC era més ràpid. Els primers dissenys com el SPARC i el MIPS sovint corrien 10 vegades més ràpid que les solucions Intel i Motorola CISC a la mateixa velocitat i preu.


Les pipelines no estan limitades en cap manera als dissenys RISC. L'any 1986, la implementació de VAX més alta (VAX 8800) va ser un disseny fortament canalitzat, que va precedir lleugerament els primers dissenys comercials de MIPS i SPARC. La majoria de CPUs modernes (fins i tot CPUs incrustades) ara estan canalitzades i les CPU microcodificades sense canalització només es veuen en els processadors incrustats amb més restricció d’àrea. [Exemples necessaris] s’implementen amb microcodi i canonades. Les millores en la canalització i la col·locació en memòria cau són els dos grans avenços microarquitectònics que han permès al rendiment del processador mantenir el ritme de la tecnologia del circuit en què es basen.