Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.237

Листинг 4.5. Программа из листинга 4.4 после трансляции на язык ассемблера

CMP i, 0 ; сравнение i с О

BNE Else ; переход к Else, если они не равны Then: MOV k, 1 ; присваивание значения 1 переменной к

BR Next ; безусловный переход к Next Else: MOV k, 2 ; присваивание значения 2 переменной к Next:

Мы видим, что две из пяти команд являются командами перехода. Более того, одна из них, BNE, — это команда условного перехода (переход, который осуществляется тогда и только тогда, когда выполняется определенное условие, в данном случае — это равенство двух операндов предыдущей команды СМР). Самый длинный линейный код состоит здесь из двух команд, поэтому очень трудно организовать высокоскоростной конвейер.

На первый взгляд может показаться, что безусловные переходы, например, команда BR Next в листинге 4.5, не влекут за собой никаких проблем. Вообще говоря, в данном случае нет никакой двусмысленности в том, куда дальше идти. Почему же блок выборки команд не может просто продолжать считывать команды с целевого адреса (то есть с того места, куда осуществляется переход)?

Сложность объясняется самой природой конвейера. На рис. 4.24, например, мы видим, что декодирование происходит на второй ступени. Следовательно, блоку выборки команд приходится решать, откуда вызывать следующую команду еще до того, как он узнает, команду какого типа он только что вызвал. Только в очередном цикле он сможет выяснить, что получил команду безусловного перехода, хотя еще до этого он вызывает команду, следующую за командой безусловного перехода. То есть в значительной части конвейеризированных машин (например, UltraSPARC III) сначала выполняется команда, следующая после команды безусловного перехода, хотя по логике вещей так быть не должно. Позиция после перехода называется слотом отсрочки (delay slot). Pentium II (а также машина, используемая в листинге 4.5) не поддерживают слот отсрочки, а обойти эту проблему путем внутреннего усложнения часто сложно. Оптимизирующий компилятор постарается найти какую-нибудь полезную команду, чтобы поместить ее в слот отсрочки, но часто ничего подходящего нет, поэтому компилятор вынужден вставлять туда команду NOP. Хотя программа остается корректной, объем ее растет и работает она медленнее.

С условными переходами дело обстоит еще хуже. Во-первых, они тоже содержат слоты отсрочки, во-вторых, блок выборки команд узнает, откуда нужно считывать команду, гораздо позже. Первые конвейеризированные машины просто простаивали, пока выяснялось, нужно совершать переход или нет. Простой по три или четыре цикла при каждом условном переходе, особенно если 20 %

команд являются командами условного перехода, значительно снижает производительность.

Поэтому большинство машин прогнозируют, будет выполнен встретившийся условный переход или нет. Для этого, например, можно предполагать, что все условные переходы назад будут выполняться, а все условные переходы вперед нет. Что касается первой части предположения, то команды перехода назад обычно помещаются в конце циклов, а большинство циклов выполняются многократно, поэтому предположение о переходе к началу цикла чаще всего будет правильным.