Конвейер микропроцессора

[Базиля]

Всем добрый вечер! (а точнее быть ночи )

Прошу прощения, у меня просто возникли небольшие непонятки.
С назначением конвейера и того как он работает (на общем уровне) я разобрался. Но вот непонятен один момент, процитирую отрывок из книги (идет пояснение о блоке предсказания правильного перехода, речь о микропроцессоре Pentium):

Как показывает статистика, типичная программа на каждые 6-8 команд содержит 1 команду перехода. Последствия этого предсказать несложно: при наличии конвейера через каждые 6-8 команд его нужно очищать и заполнять заново в соответствии с адресом перехода. Все преимущества конвейеризации теряются.

Совсем не могу понять, почему при очистке конвейера все его преимущества теряются? Это трудоемкий процесс?
И почему нам приходится при встрече оператора ветвления очищать конвейер? (если не берем в учет блок предсказания правильного перехода, допустим мы рассматриваем микропроцессор i486). Что вообще значит очистить? Ведь там у нас находятся команды на разной стадии исполнения. Т.е. очистить - потерять результаты выполнения предыдущих команд и вообще все предыдущие 5 команд. Или это я что-то не понял?
Есть свои некие домыслы по этому поводу, но просто боюсь что они неверны и глупы

Спасибо!

[Пепел Феникса]

потому что очистив конвейер он начинает снова наполнятся с нуля, потому некоторое время(несколько тактов, помоему это число равно количеству ступеней конвейера) его преимущества не используются.

[Smitt&Wesson]

Автор этой книжки, написал глупость. Дело в том, что всё зависит от размера конвейера. В 386-х процессорах, конвейер был 4-х уровневым. В современных компьютерах, конвейер имеет 20 уровней и более. Собственно, в конвейере, любая команда выполняестя за один такт процессора.
А то, что описал атор, это не конвейер, а кеш.

[DiemonStar]

Сообщение от Базиля

Что вообще значит очистить? Ведь там у нас находятся команды на разной стадии исполнения. Т.е. очистить - потерять результаты выполнения предыдущих команд и вообще все предыдущие 5 команд. Или это я что-то не понял?

Как я помню, команда перехода приостанавливает конвейерную обработку данных. Т.е. до момента ее завершения конвейер не используется.
Например, есть код из 5 команд исполняющихся за 4 процессорных такта и переход, занимающий три такта, после которого идут еще 5 команд по 4 такта.
- при работе конвейера, первые 5 команд исполняются за 8 тактов + переход. на некоторых процессорах переход тоже включается в общий конвейер, иногда с отставанием на один такт, а на других - выполняется вне конвейера. т.е. до момента окончания перехода проходит 8, 9 или 11 тактов.
- следующие 5 команд начинают заполнять конвейер и тоже выполняются за 8 тактов.

т.е. получаем:
- если переход полностью включается в конвейер (возможно только в случае безусловного перехода), то выполнение кода продлится 16 тактов
- если переход смещен в конвейере на такт - за 17 тактов
- если переход не включается в конвейер (во многих процессорах так и бывает в случае условного перехода - для принятия правильного решения требуется чтобы все флаги были актуальны для данной команды) - за 19 тактов
- если вместо перехода используется трехтактовая команда и конвейер не прерывается - 14 тактов
- если конвейер не используется - 43 такта.

т.е. видно, что переход увеличивает время работы конвейера, что снижает эффективность кода.
з.ы. это приблизительная модель. частности нужно смотреть для конкретного процессора.

[Ezhik Kihze]

Как я помню, команда перехода приостанавливает конвейерную обработку данных. Т.е. до момента ее завершения конвейер не используется.

Давно это было. Уже давно есть блоки предсказаний переходов и предварительное выполнение и выборки.

[DiemonStar]

Сообщение от Ezhik Kihze

Давно это было. Уже давно есть блоки предсказаний переходов и предварительное выполнение и выборки.

Да я и не спорю... Но для понимания принципа сгодится, а дальше уже будет проще...

[Пепел Феникса]

Сообщение от Ezhik Kihze

Давно это было. Уже давно есть блоки предсказаний переходов и предварительное выполнение и выборки.

они снижают шанс обнуления конвейера, но все же не на 100%.

[Базиля]

Спасибо за ответы

Пепел Феникса

потому что очистив конвейер он начинает снова наполнятся с нуля, потому некоторое время(несколько тактов, помоему это число равно количеству ступеней конвейера) его преимущества не используются.

Преимущества не используются, это имеется ввиду что проходит несколько тактов до последней ступени конвейера? (запись результата).

Smitt&Wesson

Автор этой книжки, написал глупость. Дело в том, что всё зависит от размера конвейера. В 386-х процессорах, конвейер был 4-х уровневым. В современных компьютерах, конвейер имеет 20 уровней и более. Собственно, в конвейере, любая команда выполняестя за один такт процессора.
А то, что описал атор, это не конвейер, а кеш.

Можно пояснения про кеш? Почему Вы так решили? Не вижу просто никакой связи между конвейером и кешом.
Поправьте если я не прав, но ведь конвейер это новшество 486?

DiemonStar

Как я помню, команда перехода приостанавливает конвейерную обработку данных. Т.е. до момента ее завершения конвейер не используется.

А что тогда отвечает за обработку команды перехода?

Например, есть код из 5 команд исполняющихся за 4 процессорных такта и переход, занимающий три такта, после которого идут еще 5 команд по 4 такта.
- при работе конвейера, первые 5 команд исполняются за 8 тактов + переход. на некоторых процессорах переход тоже включается в общий конвейер, иногда с отставанием на один такт, а на других - выполняется вне конвейера. т.е. до момента окончания перехода проходит 8, 9 или 11 тактов.
- следующие 5 команд начинают заполнять конвейер и тоже выполняются за 8 тактов.

За 8 или 4 такта?

тоже включается в общий конвейер, иногда с отставанием на один такт

А с чем связано отставание?

з.ы. это приблизительная модель. частности нужно смотреть для конкретного процессора.

Если есть возможность, поясните, пожалуйста, подробнее на примере 486 мп.
Как там происходит обработка команд перехода?

[s-andriano]

Сообщение от Базиля

Совсем не могу понять, почему при очистке конвейера все его преимущества теряются?

Сформулируйте, в чем состоят преимущества конвейера и, думаю, ответ появится сам собой.

Это трудоемкий процесс?

Вообще-то это откат по программе назад - на длину конвейера.
Как Вы считаете, регулярно откатываясь на несколько инсртукций назад и многократно повторяя один и тот же фрагмент кода - это эффекктивный режим работы?

И почему нам приходится при встрече оператора ветвления очищать конвейер? (если не берем в учет блок предсказания правильного перехода, допустим мы рассматриваем микропроцессор i486). Что вообще значит очистить? Ведь там у нас находятся команды на разной стадии исполнения. Т.е. очистить - потерять результаты выполнения предыдущих команд и вообще все предыдущие 5 команд. Или это я что-то не понял?

Все верно.
У нас есть несколько последовательных команд. Пусть их 4:
1. команда до условного перехода,
2. команда условного перехода,
3. команда, которая выполняется по истинному условию,
4. команда, которая выполняется по ложному условию.
Очевидно, что если мы выполняем команду 3, а в результате вычисления 2 условие оказалось ложным, нам следует очистить конвейер от результатов работы команды 3.

[s-andriano]

Сообщение от Smitt&Wesson

Автор этой книжки, написал глупость. Дело в том, что всё зависит от размера конвейера. В 386-х процессорах, конвейер был 4-х уровневым. В современных компьютерах, конвейер имеет 20 уровней и более. Собственно, в конвейере, любая команда выполняестя за один такт процессора.
А то, что описал атор, это не конвейер, а кеш.

Вы путаете два совершенно разных устройства:
- конвейер выборки из памяти в процессорах 8086-80386,
- конвейер выполнения инструкций в суперскалярных процессорах (от Pentium и выше).