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Zeitlich verschränkte Befehlsausführung

Prinzipiell umfaßt die Befehlsausführung unterschiedliche Phasen: Befehl-Lesen, Adressberechnung, Operanden-Lesen, Ausführung. Für einen Einzelbefehl werden diese Phasen zwar nacheinander durchlaufen, doch können gleichzeitig mehrere aufeinanderfolgende Befehle in unterschiedlichen Phasen in Arbeit sein. Man nennt diese Methode Fließband- oder Pipelineverarbeitung. Voraussetzung dafür ist, daß mehrere Funktionseinheiten des Mikroprozessors gleichzeitig arbeiten können. Pipelining wird eingesetzt in Verbindung mit internen Warteschlangen für Befehle, Adressen und Daten, die durch prozessorinterne oder extern realisierte Befehls- und Daten-Caches ergänzt werden können.

So arbeiten zum Beispiel im Fall des Intel 8086 das Bus-Interface BIU und die Ausführungseinheit EU zeitlich parallel. Das BIU enthält für die vom Arbeitsspeicher eingelesenen Bytes ein 6 Byte umfassendes Warteschlangenregister, welches als FIFO-Speicher (first-in-first-out) 1 Wort (2 Byte) an die EU abgibt, sobald diese zur Übernahme bereit ist. Während der Abarbeitung in der Ausführungszeit liest das Businterface ein weiteres Wort in das Warteschlangenregister ein, so daß stets mehrere Worte zur Ausführung bereit stehen. Die Fließbandverarbeitung steigert die Busauslastung und reduziert den Einfluß der Speicherzugriffszeit auf den Datendurchsatz, da die Ausführungseinheit nicht mehr auf die Speicherdaten warten muß. Für die Länge der Warteschlange gibt es ein prozessorabhängiges Optimum, das beim 8086 bei 6 Byte liegt. Da bei allen Sprung- und Verzweigungsbefehlen die Warteschlange gelöscht und neu gefüllt werden muß, würde eine zu lange Warteschlange zu einer erheblichen Anzahl nutzloser Busoperationen führen.


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Lars Tornow 2003-04-02