パイプラインウエイトの種別

前稿ではパイプラインウエイトの原因を2種類説明しました。ここでステージ毎のパイプラインウエイトの原因をまとめます。

• <PC>: PCの計算にウエイトがかかることは、下段からのウエイトを除きありません。
• <IF>: 命令をメモリからフェッチする際にメモリレイテンシ-1のウエイトが加算されます。これを命令フェッチウエイトと分類します。
• <ID>: 命令デコードにウエイトがかかることはありません。ただしマルチサイクル命令という例外があるので、次項で述べます。
• <EX>: 演算にウエイトがかかる場合はマルチサイクル命令です。上記マルチサイクル命令とはパイプライン制御法が異なるので、併せて次項で述べます。
• <MA>: オペランドメモリのリードライトの際にメモリレイテンシ-1のウエイトが加算されます。これをメモリアクセスウエイトと分類します。
• <WB>: レジスタライトに対してウエイトがかかることはありません。

マルチサイクル命令

前記のように<ID>と<EX>ではマルチサイクル命令ウエイトが発生する可能性があります。

• <ID>: マルチサイクル命令ウエイトと分類します。命令デコードでのマルチサイクル命令は、上段へのウエイト伝搬はパイプラインウエイトと同様、即時に伝えます。一方、下段への無効化を流す操作は行いません。これはあたかも<ID>において命令が内部的に命令ストリームが増殖し、パイプラインを埋めるためです。具体的にはメモリに対するリードモディファイライトがあります。このためには<ID>で動作するステートマシンを起動する必要があります。アーキテクチャにより、無い場合もあります。その理由はCISCっぽい命令となるためです。
• <EX>: マルチサイクル演算ウエイトと分類します。演算にウエイトがかかる場合はマルチサイクル命令ですが、マルチサイクル命令ウエイトと異なり、内部的にパイプラインが増殖することはないため、通常のウエイト制御と同じパイプライン制御を行います。例えば乗算命令に関して32bit×32bitの乗算器を用意すると面積が大きくなるので、32bit×8bitの乗算器を4サイクル回す場合等です。

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