Описание конвейера. 
Основы электроники

Как уже отмечалось, одной из инноваций архитектуры NetBurst стало хранение в кэш последовательностей МО целых кусков декодированных команд в виде трасс. Это позволило исключить из конвейера по выполнению команд программы этапы выборки команд и их дешифрации. Конвейер насчитывает 20 стадий в ранних процессорах (Willamette), в последних реализациях этой архитектуры (Prescott) число стадий было увеличено до 31. Рассмотрим 20-стадийный конвейер процессоров архитектуры NetBurst.

• 1—2. На первых двух стадиях происходит поиск в кэш последовательностей МО микрооперации, на которую указывает последняя выполненная. Напомним, что МО уже скомплектованы в трассы.
• 3—4. В течение следующих двух стадий осуществляется выборка и добавление в очередь МО до шести микроопераций. Если попадается сложная команда, то в очередь заносятся коды микропрограммы исполнения этой команды из ROM микрокодов. При этом кэш последовательностей МО работает на частоте вдвое меньше номинальной.
• 5. Пятая стадия служит для передачи МО по конвейеру, при этом никаких преобразований с ними не происходит.
• 6—8. Эти три стадии обеспечивают подготовку МО к исполнению. Диспетчер ресурсов выбирает из очереди МО, но три микрооперации. Для них резервируются все необходимые ресурсы процессора: место в очередях — очереди МО с памятью и очереди вычислительных МО, элементы регистрового файла и буфера нереупорядочивания инструкций. Подготовленные операции передаются в соответствующие очереди. Логические регистры, указанные в командах х86, переименовываются в физические, общее число которых больше, чем у процессоров Р6—128.
• 9. Девятая стадия служит для формирования очередей МО — с памятью и вычислительных. При этом порядок следования МО соответствует их положению в исходной программе. После чего они отправляются соответствующим планировщикам.
• 10—12. Эти три стадии выполняют планировщики. Тип микрооперации однозначно определяет, какому планировщику она достанется. Пять планировщиков выбирают МО из очередей независимо друг от друга, причем отбор осуществляется по принципу FIFO. В планировщиках формируются очереди МО, которые поступают в соответствующие порты, называемые портами запуска. Именно па этих стадиях реализуется стратегия внеочередного исполнения команд. МО выстраиваются в очереди только исходя из принципа готовности операндов к вычислениям.
• 13—14. На этих двух стадиях МО для исполнения снабжаются соответствующими операндами. Далее они через порты запуска пойдут на соответствующие исполнительные устройства. Порядок их исполнения уже не соответствует расположению в исходной программе, а определяется лишь готовностью.
• 15—16. Эти две стадии обеспечивают чтение операндов из регистровых файлов. Регистровые файлы работают на удвоенной частоте, т. е. на частоте работы быстрых блоков ALU.
• 17. Эго стадия исполнения. Именно на ней происходит преобразование данных. МО вместе с операндами отправляется в соответствующий вычислительный блок, в котором и происходит обработка. Очень важную роль для ускорения процесса исполнения МО играет логика, имеющаяся в регистровых файлах. Благодаря ей результат только что исполненной МО может немедленно участвовать в следующей МО уже как операнд, т. е. устраняются задержки, которые могли бы быть вызваны отправкой результата в указанный регистр, а затем — чтением его оттуда.
• 18. На этой стадии вычисляются и устанавливаются признаки результата — флажки, которые необходимы для исполнения следующих МО программы. В частности, они являются входными данными для следующей стадии, на которой будет происходить проверка правильности предсказанных переходов.
• 19. Эта стадия зарезервирована для работы модуля предсказания переходов. Здесь происходит сравнение предсказанного для только что выполненной команды адреса перехода с тем, который предсказывался ранее. Если предсказание оказалось ошибочным, алгоритм предсказания будет скорректирован. Таким образом модуль предсказания переходов набирает статистику точности, которая используется для корректировки модели предсказания.
• 20. Результат проверки, полученный на предыдущей стадии, направляется в дешифратор. После прохождения МО всех стадий конвейера она должна быть удалена, а результаты сформированы и записаны в память в соответствии с исходной программой. Только после удаления МО все ресурсы, зарезервированные за ней, освобождаются. Этот процесс называется отставкой МО. Эта операция осуществляется блоком завершения, аналогичным соответствующему устройству в архитектуре Р6 (на рис. 5.3 он не показан). Отставка осуществляется группами, но три МО — гак же, как они были сгруппированы на стадиях 6—8.