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Ausführungsstufe

Die Execution Unit (EXE) bildet das Herzstück der Pipeline: In ihr werden die Befehle ausgeführt, die aus dem Speicher geladen werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, enthält sie eine arithmetisch-logische Einheit (ALU) und einen Block zur Speicheransteuerung (MEM). In Abb. 4.9 sind diese beiden Einheiten in den Funktionsblöcken Branch Control Unit, Logic Unit, Shift Unit und Arithmetic Unit sowie Data Access Unit zu erkennen.


Abbildung 4.9: Ausführungsstufe

Die verschiedenen Befehle benutzen diese Einheiten auf unterschiedliche Weisen: So gibt es Befehle, die ausschließlich mit Werten vom Stack arbeiten, andere wiederum laden beispielsweise Werte aus dem Speicher auf den Stack. Die Signale für diese Aktionen werden im wesentlichen in der Ausführungseinheit generiert. Eine Ausnahme bildet der lesende Zugriff auf den Stapelspeicher: Dieser wird durch die Dekodierstufe durch Anlegen aller benötigten Signale vorbereitet, damit die EXE nicht auch noch durch Warten auf Operanden vom Stack gebremst wird. Sie ist ohnehin schon die langsamste Stufe in der Pipeline, so daß weitere Zeitverluste in dieser Stufe aus Gründen des pipeline balancing vermieden werden müssen.

Ein Speicherzugriff - egal, ob Stack oder SRAM - wird von der EXE angestoßen, aber nicht ausgeführt. Dafür sind die Schnittstelleneinheit, der Stapelspeicherblock oder die Write Back Unit zuständig. Es ergibt sich somit die in Abb. 4.10 gezeigte Struktur für Datenlese- und -schreibvorgänge. Aus ihr ist ebenfalls der zusätzliche Wartetakt ersichtlich, der im Falle eines Lesezugriffs auf den externen Speicher in der Pipeline auftritt.



Abbildung 4.10: Datenzugriff

In Abb. 4.17 erkennt man, daß neben der normalen Ausführung von Befehlen, die kurzzeitig durch einen Pipeline-Stall unterbrochen werden kann, in einem nebenläufigen Prozeß der neue Befehlszähler berechnet wird, falls dieser benötigt wird.



Abbildung 4.17: Zustandsdiagramm der Ausführungsstufe



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Robert Zulauf

2000-04-27