Article #673

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posted by sakurai on October 6, 2023 #673

前回まではパイプラインのうち<IF>にwaitを入力しましたが、基本的に<WB>以外のステージにwaitが入る可能性があります。

表673.1 制御パイプラインウエイト制御
ステージ ウエイト信号 ウエイト原因 パイプライン処理
<PC> pc_wait PCの到着が遅れる場合。例えば分岐キャッシュから出力されるPCが遅れる場合。 上流へは同一サイクルでの停止とし、下流へはパイプラインバブルを流す。
<IF> if_wait 命令メモリから出力される命令データの到着が遅れる場合。例えばIキャッシュミスによるブロックインの場合。仮想記憶サポートの場合は、I-TLBミスによるページテーブルウォーク。 上流へは同一サイクルでの停止とし、下流へはパイプラインバブルを流す。
<ID> mc_wait 命令デコーダは1サイクル内で実行できるため、後続を待たせる必要が無いのでid_waitは無し。マルチサイクル命令の場合は内部的にパイプラインストリームを生成する処理。 上流へは同一サイクルでの停止とし、下流へはvalidな命令を内部的に複数生成し、パイプラインで流す。マルチサイクル(かつ複数パイプラインストリーム)動作なのでパイプラインバブルは流さない。
<EX> ex_wait 演算器から出力されるデータの到着が遅れる場合。複数サイクル演算が必要な例えば4サイクル乗算器のような演算。 上流へは同一サイクルでの停止とし、下流へはパイプラインバブルを流す。
<MA> ma_wait データメモリから出力されるデータデータの到着が遅れる場合。例えばDキャッシュミスによるブロックインの場合。仮想記憶サポートの場合は、D-TLBミスによるページテーブルウォーク。 上流へは同一サイクルでの停止とし、下流へはパイプラインバブルを流す。
<WB> --- WBは1サイクル内で実行でき、後続が無いのでwb_waitは無し。 ---

図673.1に各種wait信号を入力したデータパイプライン構造を示します。過去記事で調べた回路にwaitが追加されています。

図%%.1
図673.1 データパイプライン構造

図では信号名を3文字に短縮していますが、$\overline{\text{emp}}$は$\overline{\text{empty}}$の略でdeqのenable信号、$\overline{\text{ful}}$は$\overline{\text{full}}$の略で、enqのenable信号です。


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