توقف خط الأنابيب

في تصميم معالجات الكمبيوتر ذات البنية الأنبوبية ، يُعرف توقف خط الأنابيب بأنه تأخير في تنفيذ التعليمات من أجل حل مشكلة ما . [ 1 ]

تفاصيل

في خط أنابيب قياسي من خمس مراحل ، خلال مرحلة فك التشفير ، تحدد وحدة التحكم ما إذا كانت التعليمات التي تم فك تشفيرها تقرأ من سجل تكتب إليه التعليمات المنفذة حاليًا. إذا تحقق هذا الشرط، توقف وحدة التحكم تنفيذ التعليمات دورة ساعة واحدة. كما توقف تنفيذ التعليمات في مرحلة الجلب، لمنع استبدال التعليمات في تلك المرحلة بالتعليمات التالية في البرنامج. [ 2 ]

في بنية فون نيومان التي تستخدم سجل عداد البرنامج (PC) لتحديد التعليمات الحالية التي يتم جلبها في خط الأنابيب، ولمنع جلب تعليمات جديدة عند توقف إحدى التعليمات في مرحلة فك التشفير، يتم الاحتفاظ بقيمة سجل عداد البرنامج والتعليمات في مرحلة الجلب لمنع حدوث أي تغييرات. وتستمر هذه القيم حتى تمر التعليمات المسببة للتعارض بمرحلة التنفيذ. [ 3 ] يُطلق على هذا الحدث غالبًا اسم " فقاعة" ، تشبيهًا بفقاعة الهواء في أنبوب سائل.

في بعض البنى، يجب أن تقوم مرحلة التنفيذ في خط الأنابيب بتنفيذ إجراء ما في كل دورة. في هذه الحالة، يتم تنفيذ الفقاعة عن طريق إدخال تعليمات NOP (لا عملية) إلى مرحلة التنفيذ، حتى يتم تجاوز الفقاعة.

أمثلة

الجدول الزمني

فيما يلي تنفيذان لنفس التعليمات الأربع من خلال خط أنابيب من 4 مراحل، ولكن لأي سبب كان، فإن التأخير في جلب التعليمات الأرجوانية في الدورة رقم 2 يؤدي إلى إنشاء فقاعة تؤخر جميع التعليمات التي تليها أيضًا.

التنفيذ العاديالتنفيذ باستخدام فقاعة

خط أنابيب RISC الكلاسيكي

يوضح المثال أدناه إدخال فقاعة في مسار معالجة RISC تقليدي ، يتكون من خمس مراحل (IF = جلب التعليمات، ID = فك تشفير التعليمات، EX = التنفيذ، MEM = الوصول إلى الذاكرة، WB = كتابة السجلات). في هذا المثال، تُطلب البيانات المتاحة بعد مرحلة MEM (المرحلة الرابعة) للتعليمات الأولى كمدخلات لمرحلة EX (المرحلة الثالثة) للتعليمات الثانية. بدون الفقاعة، لا يمكن لمرحلة EX (المرحلة الثالثة) الوصول إلا إلى مخرجات مرحلة EX السابقة. وبالتالي، فإن إضافة الفقاعة تحل مشكلة التبعية الزمنية دون الحاجة إلى نقل البيانات عكسيًا في الزمن (وهو أمر مستحيل).

العودة إلى الوراء في الزمنتم حل المشكلة باستخدام فقاعة

انظر أيضاً

مراجع

  1. باترسون، ديفيد أ.؛ هينيسي، جون ل.، تنظيم وتصميم الحاسوب (  الطبعة الرابعة)، مورغان كوفمان ، ص  338
  2. باترسون، ديفيد أ؛ هينيسي، جون ل (2014)، تنظيم وتصميم الحاسوب: واجهة الأجهزة/البرمجيات ( الطبعة الخامسة)، ص 318، OCLC 1130276006   
  3. باترسون، ديفيد أ.؛ هينيسي، جون ل.، تنظيم وتصميم الحاسوب ( الطبعة الرابعة)، مورغان كوفمان ، ص 373