Особенности обработки информации современными процессорами

В качестве основного операционного блока для обработки данных рассмотренного выше 8-разрядного процессора использовалось АЛУ, выполняющее стандартный набор арифметических и логических операций. Расширение функций современных универсальных процессоров (обработка чисел с плавающей точкой, графических и телевизионных изображений, речи и др.) потребовало разработки и внедрения новых принципов выполнения команд, направленных на ускорение обработки данных.

Принцип конвейеризации

используется во всех современных высокопроизводительных процессорах. Согласно ему процесс выполнения поступившей команды разбивается на отдельные этапы, каждый из которых соответствует одной микрооперации, или микрокоманде. Конвейерный принцип предполагает динамическое исполнение отдельных микрокоманд, поэтому для выполнения каждой микрокоманды должна быть предусмотрена собственная ступень исполнительного конвейера (устройство, блок, модуль). Если каждая микрокоманда выполняется за один такт, то при полной загрузке n-ступенчатого конвейера производительность процессора увеличивается в п раз и составляет п микроопераций/такт. Однако такая предельная эффективность работы конвейера обеспечивается только при его равномерной загрузке однотипными командами. Реально отдельные ступени конвейера могут оказаться незагруженными, находясь в состоянии ожидания или простоя, из-за чего вынуждены пропускать такт. Основными причинами снижения эффективности конвейера является наличие в программе разноформатных команд, микрокоманды которых выполняются за разное количество тактов; команд условного ветвления (перехода), которые требуют перезагрузки конвейера из другой ветви программы, если, например, условие ветвления выполняется.