Ako je možné zmierniť riziká údajov v potrubí, aby sa zabezpečilo efektívne spracovanie údajov?

Dátové riziká v potrubnom procesore sa vyskytujú, keď existuje závislosť od údajov medzi pokynmi, čo znamená, že jedna inštrukcia si vyžaduje výsledok predchádzajúcej pokynov pred dostupným výsledkom. To môže zastaviť potrubie, čím sa zníži účinnosť. Niekoľko techník zmierňuje tieto riziká:

1. Preposielanie údajov (obtok):

* Mechanizmus: Toto je najbežnejšia a najpriaznivejšia metóda. Ak je výsledok inštrukcie v neskoršej fáze potrubia potrebný inštrukciou v skoršej fáze, výsledok sa posiela priamo z neskoršej fázy do skoršej fázy, čím obchádza prístup k pamäti.

* Príklad: Povedzme, že inštrukcia i1 píše na registráciu R1 a inštrukcia I2 znie z R1. Preposielanie údajov by poslalo hodnotu napísanú I1 priamo na I2, čím by zabránilo stánku, aj keď I1 nedokončil svoj zápis do pamäte.

* Účinnosť: Vysoko účinné pri riešení RAW (čítané po zápise) Riziká, kde závislosť je medzi písaním pokynov a potom čítaním toho istého registra.

2. Zastavenie (vloženie bubliny):

* Mechanizmus: Ak nie je možné presmerovanie údajov (napr. Závislosť je v potrubí príliš ďaleko od seba alebo zahŕňa prístup k pamäti), potrubie sa zastaví vložením „bublín“-pokynov na bez-op-, až kým údaje nie sú pripravené.

* Príklad: I1 zapisuje do pamäte a I2 číta z tohto miesta pamäte. Preposielanie údajov nie je možné, pretože zápis I1 musí dokončiť, ako bude možné čítať i2. Potrubie sa zastaví, kým I1 nedokončí jeho zápis.

* Účinnosť: Jednoduchšie implementovať ako presmerovanie, ale významne znižuje priepustnosť potrubia.

3. Zaregistrujte sa premenovanie:

* Mechanizmus: Kompilátor alebo hardvér priraďuje k pokynom, ktoré môžu mať závislosť od údajov, rôzne registre. To eliminuje nebezpečenstvo vojny (zapisujte po prečítaní) a WAW (WAIT (Write Po zápise). Napríklad, ak dva pokyny používajú rovnaký register, hardvér môže jeden z nich premenovať na iný register, čím vyrieši konflikt.

* Príklad: Dve pokyny chcú napísať na R1. Premenovanie zaregistrovania priradí druhej inštrukcie iným dočasným registrom, ktorý vyrieši nebezpečenstvo WAW.

* Účinnosť: Vysoko účinný pri odstraňovaní nebezpečenstiev vojny a WAW, ale zahŕňa zložitosť hardvéru. Často sa používajú v spojení s presmerovaním údajov.

4. Optimalizácia kompilátora:

* Mechanizmus: Kompilátory môžu analyzovať kód pre závislosti na údajoch a pokyny na zmenu poradia, aby sa minimalizovalo nebezpečenstvá. To môže zahŕňať plánovanie inštrukcií na oddelenie pokynov, ktoré sú navzájom závislé, a tým znížia potrebu zastavenia alebo presmerovania.

* Príklad: Kompilátor by mohol zmeniť pokyny na presun pokynov, ktoré čítajú údaje ďalej od pokynov, ktoré tieto údaje píšu, a tak poskytne potrubiu viac času na dokončenie skôr, ako to potrebuje závislá inštrukcia.

* Účinnosť: Znižuje frekvenciu nebezpečenstiev na úrovni zdrojového kódu, ale účinnosť závisí od schopností kompilátora.

Výber techniky zmierňovania závisí od špecifickej architektúry procesora. Moderné procesory zvyčajne používajú kombináciu presmerovania údajov, premeny registrov a optimalizácií kompilátorov pre efektívne spracovanie nebezpečenstva údajov. Zastavenie sa často používa ako posledná možnosť, keď sú iné techniky nedostatočné.

• Predchádzajúca strana: Ako fungujú algoritmy kompresie reťazcov a aké sú ich aplikácie v prenose úložiska údajov? 
• Ďalšia strana: Ako môžete efektívne komprimovať reťazec na zníženie jeho veľkosti pri zachovaní pôvodného obsahu?