파이트라인 컴퓨터의 명령어

• 명령어 처리
  • 명령어당 소요되는 사이클을 줄이면 시스템 성능은 향상
  • 1세대 RISC 프로세서의 목표는 하나의 사이클에 하나의 명령어를 수행하는 것이고, 진보된 프로세스들의 목표는, 하나의 사이클에 여러 개의 명령어를 수행하는 것
       
• 명령어 수행 과정
  • IF(명령어 인출, Instruction Fetch)
    명령어 캐시로부터 다음에 수행될 명령어 인출
  • ID(명령어 해독, Decode/Register Fetch)
    수행될 명령어를 해독하고, 레지스터 오퍼랜드를 읽음
  • EX(명령어 수행, Execution/Effective Address)
    명령어를 수행하고 메모리 연산의 유효 주소를 계산
  • MEM(메모리 참조, Memory Access/Branch completion Cycle)
    메모리 참조 및 분기 명령어 수행
  • WB(Write-Back Cycle)
    연산 결과 및 메모리 참조 내용을 레지스터에 저장    
  • 
• 해저드(Hazards)
  • 해저드는 다음 명령어가 지정된 클록에서 계속 수행되는 것을 방해하는 것
  • 해저드를 해결하는 가장 단순한 방식은 해저드의 요인이 소멸될 때 가지 파이프라인을 중지하는 것
  • 해저드의 종류
    • 구조적 해저드(Structural Hazards) : 하드웨어가 여러 명령어의 수행을 지원하지 않기 때문에 발생하며 자원 충돌이 일어남
    • 데이터 해저드(Data Hazards) : 명령어가 현재 파이프라인에서 수행 중인 이전 명령어의 결과에 종속되는 경우에 발생
    • 제어 해저드(Control Hazards) : 분기 명령어에 의해 발생

문제점	발생 원인	해결책
구조적 해저드	자원 충돌 메모리 충돌과 레지스터 충돌 등 자원 충돌	모든 구조적 해저드를 제거하기는 어렵고 비용이 비쌈 해결하기 위한 자원 중복은 일관성 문제 야기 명령어 메모리와 데이터 메모리로 분리
데이터 해저드	데이터 의존성 명령어간 충돌로 이전 명령어의 결과에 의존	ALU1의 결과가 ALU2의 입력에 피드백 하게 하는 메커니즘(포워딩) 해저드를 감지하여 해결될 때까지 Pipeline Stall 컴파일러에 의한 명령어 스케줄링
제어 해저드	분기 곤란 조건, 무조건 분기 또는 명령어 PC(Program Counter)를 변경	컴파일 시 패치(Fetch)에서 분기를 알아냄 분기 예측은 과거 실행 내역 및 빈도를 이용하여 확률적으로 예측 지연 분기는 명령어 실행 순서를 재배치하여 분기 명령어의 실행을 지연

▶ 해저드의 문제점 및 해결책