파이프라인

• 컴퓨터의 기본 사이클은 Fetch - Decode - Excute - Write back 이다.
• 예시로 메모리에서 데이터를 쓰거나 읽을때(Write back 작업) 100 싸이클이 걸리고 나머지 작업할때 1 싸이클씩 걸린다면, 10개의 명령어를 실행하는데 걸리는 총 싸이클 수는 10 * (1+1+1+1000) = 1030 싸이클 이다.

 

파이프라인

목적

• 처리속도 향상

방법

• 각 싸이클마다 같은 클락안에서 작동한다.
• 같은 자원(리소스)를 동시에 사용하지 않아야 한다. 자원에는 IM, Reg, DM, ALU가 있다. 
• 긴 접근시간을 짧게 만들 수 있다. 특히 메모리의 접근시간을 짧게 만들 수 있다. 

 

캐시

• 메인 메모리와 프로세서 사이의 작은 고속 메모리 장치다. 프로세서의 성능을 향상시킨다.
• 한번 사용된 코드는 재사용할 수 있도록 만들어서 성능을 향상시킨다.(Locality Reference)
• 캐시의 크기가 크면 비용이 많이든다.
• 메모리의 가격이 싸지면 캐시의 사이즈가 커지고 멀티레벨 캐시를 사용한다.

 

파이프라인 hazard

명령어가 지정된 사이클 내에 마칠 수 없는 현상이다.

종류

• structural hazard : 리소스가 중복돼서 실행이 불가능한 상태
• data hazard : 앞의 명령어 실행결과를 받아서 처리할 수 없는 상태
• branch hazard : 'branch' 명령어와 같이 PC가 변경되어 파이프라인을 실행할 수 없는 상태

 

CISC 와 RISC

CISC(Complex Instruction Set Computer)

• 레지스터 사용이 적다
• 복잡한 명령어를 수행한다. 한 명령어가 여러 기능을 담당한다. ( ex : 어떤 명령어는 더하기 연산을 한뒤 레지스터에 저장하는 작업을 수행한다)
• CPU 설계가 복잡하고 칩 사이즈가 크다

RISC(Reduce Instruction Set Computer)

• 레지스터 사용이 많다
• 간단한 명령어를 수행한다. 한 명령어는 하나의 기능만 담당한다. ( ex : 어떤 명령어는 더하기 연산작업을 수행한다. 다른 명령어는 레지스터에 저장하는 작업을 수행한다.)
• CPU 설계가 간단하고 칩 사이즈가 작다.

 

Interrupt 처리 순서

Interrupt 신호를 받으면 ACK 신호가 발생된다.

1. 현재 실행 사이클을 마친다
2. PC는 스택에 저장한다
3. 레지스터를 스택에 저장한다
4. PSW(시스템 내부에서 순간순간 상태를 저장하는 역할을 함)을 스택에 저장한다.
5. PC에 interrupt vector 주소를 로드(load)한다.
6. Interrupt 실행
7. Interrupt 만난 후 RTI(ReTurn from Interrupt)명령을 만나면 PSW, 레지스터, PC 순으로 POP처리한다.

Interrupt 처리중 다른 interrupt이 발생하면

• 현재 intterrupt는 중단하고 새 intterupt를 처리한다.
• intterrupt priority 개념이 적용되는데, 높은 priority는 낮은 priority의 interrupt를 중단시킬 수 있다. 이는 실시간 처리시에 많이 이용된다.

 

 

파이프라인은 컴퓨터구조의 핵심(교수님피셜 컴퓨터구조의 꽃🌸)이므로 추후에 더 자세한 내용을 게시할 예정이다.