CPU/Pipeline und Superskalare Architektur

Pipeline-Verfahren

• Bis jetzt sind wir davon ausgegangen, dass die CPU die Befehle nach dem klassischen Von-Neumann-Prinzip nacheinander verarbeitet.
• Jeder Befehl wird innerhalb einer bestimmten Zeit (Taktzyklus) erledigt, dann ist der Nächste dran.
• Wenn man der BIU erlaubt, schon Befehle aus dem Speicher zu holen während die CU gerade einen analysiert, hat man zwei Arbeitsschritte parallelisiert.
• Es sind also zwei Befehle gleichzeitig in Teilbearbeitung. Überträgt man das Prinzip auf alle beteiligten Funktionseinheiten, erhöht sich die Zahl der Teilbearbeitungen weiter.
• Dieses Pipeline-Prinzip verarbeitet aber die eingehenden Befehle und Daten immer noch Schritt für Schritt.

bild 8

Pipeline in Funktion: Mit der Pipelining-Technik lässt sich die Befehlsausführung beschleunigen.

Superskalare Architektur

• Wenn schon eine Pipeline die Geschwindigkeit erhöht, geht es mit Zweien noch schneller.
• In Bild 9 "Parallel ist schneller" ist im oberen Teil ein solcher Ansatz zu sehen.
• Auf diese Weise arbeitet beispielsweise der Intel Pentium.
• Um unnötige Probleme mit Abhängigkeiten zwischen den Befehlen zu minimieren, arbeitet die Intel-CPU allerdings nur bei Kommandos gleichzeitig mit beiden Pipelines, die gut zueinander passen.

Bild 9

Parallel ist schneller: Superskalare Architekturen mit einer doppelten Pipeline (oben) und parallel arbeitenden Ausführungseinheiten (unten)..