From d2aad2fe4a9250784b132188761bb9d224013068 Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: ElectronixTM <etdiary1@gmail.com>
Date: Mon, 9 Jun 2025 16:26:44 +0300
Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?feat:=20=D0=BE=D0=BF=D0=B8=D1=81=D0=B0=D0=BD?=
 =?UTF-8?q?=D1=8B=20=D0=BA=D0=BE=D0=BD=D1=84=D0=BB=D0=B8=D0=BA=D1=82=D1=8B?=
 =?UTF-8?q?=20=D0=BF=D0=BE=20=D1=81=D1=82=D1=80=D1=83=D0=BA=D1=82=D1=83?=
 =?UTF-8?q?=D1=80=D0=B5=20=D0=B8=20=D1=87=D0=B0=D1=81=D1=82=D1=8C=20=D0=BA?=
 =?UTF-8?q?=D0=BE=D0=BD=D1=84=D0=BB=D0=B8=D0=BA=D1=82=D0=BE=D0=B2=20=D0=BF?=
 =?UTF-8?q?=D0=BE=20=D0=B4=D0=B0=D0=BD=D0=BD=D1=8B=D0=BC?=
MIME-Version: 1.0
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8
Content-Transfer-Encoding: 8bit

---
 ...�реодоления зависимостей. Построение статической и динамической трассы исполнения команд.md | 85 +++++++++++++++++++
 assets/Pasted image 20250609000344.png        |  3 +
 assets/Pasted image 20250609133114.png        |  3 +
 assets/Pasted image 20250609133320.png        |  3 +
 assets/Pasted image 20250609134742.png        |  3 +
 assets/Pasted image 20250609153524.png        |  3 +
 assets/Pasted image 20250609162101.png        |  3 +
 assets/buble_demo.gif                         |  3 +
 assets/buble_demo.mp4                         |  3 +
 assets/conveyor_example_1.gif                 |  3 +
 assets/conveyor_example_1.mp4                 |  3 +
 assets/data_conflict.gif                      |  3 +
 assets/short_circuit.mp4                      |  3 +
 13 files changed, 121 insertions(+)
 create mode 100644 01 - Зависимости структурные, по данным и управлению. Способы преодоления зависимостей. Построение статической и динамической трассы исполнения команд.md
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609000344.png
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609133114.png
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609133320.png
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609134742.png
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609153524.png
 create mode 100644 assets/Pasted image 20250609162101.png
 create mode 100644 assets/buble_demo.gif
 create mode 100644 assets/buble_demo.mp4
 create mode 100644 assets/conveyor_example_1.gif
 create mode 100644 assets/conveyor_example_1.mp4
 create mode 100644 assets/data_conflict.gif
 create mode 100644 assets/short_circuit.mp4

diff --git a/01 - Зависимости структурные, по данным и управлению. Способы преодоления зависимостей. Построение статической и динамической трассы исполнения команд.md b/01 - Зависимости структурные, по данным и управлению. Способы преодоления зависимостей. Построение статической и динамической трассы исполнения команд.md
new file mode 100644
index 0000000..c88fa6a
--- /dev/null
+++ b/01 - Зависимости структурные, по данным и управлению. Способы преодоления зависимостей. Построение статической и динамической трассы исполнения команд.md	
@@ -0,0 +1,85 @@
+---
+Статус: в работе
+Соответствует: "2"
+---
+*Длиннющий билет*
+
+> [!info]+ Отступление про конвейер
+> Большинство процессоров сейчас конвейерные. Выполнение инструкции разбивается на отдельные этапы, которые могут выполняться +- паралелльно. В рамках методички выделяются следующие типичные стадии конвеера
+> - выборка команды - IF (по адресу, заданному счетчиком команд, из памяти извлекается команда);
+> - декодирование команды / выборка операндов из регистров - ID;
+> - выполнение операции / вычисление эффективного адреса памяти - EX;
+> - обращение к памяти - MEM;
+> - запоминание результата - WB.
+> 
+> ![[conveyor_example_1.gif]]
+> *Конвейер некорректный, потому что тут есть зависимость по данным, которая не учитывается. Потом поймете*
+> 
+> Производительность этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько команд. Она не сокращает время выполнения отдельной команды. Имеются некоторые накладные расходы на конвейеризацию, возникающие в результате несбалансированности задержки на каждой его ступени. Частота синхронизации (такт синхронизации) не может быть выше, чем время, необходимое для работы наиболее медленной ступени конвейера
+
+# Зависимости структурные, по данным и управлению
+
+На конвейере иногда возникают различные конфликтные ситуации, например WB пишет в регистр R1, а ID из него же хочет почитать. Они не могут сделать это одновременно. Разрешение подобных конфликтов как правило сопряжено с замедлениями конвейера
+
+**Выделяют 3 класса конфликтов**:
+
+1. Структурные конфликты, которые возникают из-за конфликтов по ресурсам, когда аппаратные средства не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме одновременного выполнения с совмещением.
+2. Конфликты по данным, возникающие в случае, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды.
+3. Конфликты по управлению, которые возникают при конвейеризации команд переходов и других команд, которые изменяют значение счетчика команд
+
+## Структурные зависимости и способы их преодоления
+
+*Обычно случаются, потому что аппаратных средств ограниченное количество. Конечно количество ядер, конечно количество конвейеров, конечна пропускная способность оперативной памяти или не поддерживается одновременная запись и чтение*
+
+%%
+Может возникнуть например когда нескольким ступеням конвейера необходимо обратиться к памяти, а у ОЗУ только один порт и он не поддерживает много обращений одновременно. Чтобы разрешить эту ситуацию, можно просто приостановить конвейер на один такт, когда происходит обращение к памяти за данными. Подобная приостановка часто называются "конвейерным пузырем" (pipeline bubble) или просто пузырем, поскольку пузырь проходит по конвейеру, занимая место, но не выполняя никакой полезной работы
+%%
+
+Продемонстрируем структурные конфликт на следующем примере: "когда одна команда содержит обращение к памяти за данными, оно будет конфликтовать с выборкой более поздней команды из памяти"
+### Решение
+
+**Чтобы разрешить эту ситуацию, можно просто приостановить конвейер на один такт, когда происходит обращение к памяти за данными.**
+
+*Пример из методички:*
+![[Pasted image 20250609133320.png]]
+
+> [!tip]- Анимация для удобства восприятия:
+> ![[buble_demo.gif]]
+> *Вероятно хотели показать, что команда 1 на этапе MEM выполняет обращение к оперативной памяти, из-за чего не получается загрузить новую команду на конвейер*
+
+Структурные конфликты остаются в аппаратуре, потому что их полное решение сопряжено с очень большими денежными затратами и полным перепроектированием всего процессора и его периферии
+## Зависимости по данным и методы их преодоления
+
+Зависимость по данным может быть продемонстрирована на следующем примере:
+
+![[Pasted image 20250609134742.png]]
+
+> [!tip]- Анимация для демонстрации
+> ![[data_conflict.gif]]
+
+В этом примере все команды, следующие за командой ADD, используют результат ее выполнения. Если ничего не сделать, то SUB прочитает неправильное значение
+
+*Значение регистра R1 не является определенным, даже если мы знаем все предыдущие команды в программе, потому что могли происходить прерывания, изменившие R1*
+
+### Решение
+
+Решается проблема при помощи техники **обхода (data bypassing)** или **закоротки (short-circuiting)** - Результат операции АЛУ с его выходного регистра всегда снова подается назад на входы АЛУ. Если аппаратура обнаруживает, что предыдущая операция АЛУ записывает результат в регистр, соответствующий источнику операнда для следующей операции АЛУ, то логические схемы управления выбирают в качестве входа для АЛУ результат, поступающий по цепи "обхода" , а не значение, прочитанное из регистрового файла
+
+> [!tip]- Анимация для удобства восприятия
+> *Анимация довольно сложная и комплексная, так то пришлось поставить ее в качестве mp4*
+>
+> ![[short_circuit.mp4]]
+>
+> В реальности аппаратура замечает, что нужно использовать закоротку еще в момент ex команды ADD, уже тогда она знает, что запрашивается регистр, являющийся выходным. Но суть в анимации передана
+
+Зависимости по данным группируются в следующую таблицу
+
+![[Pasted image 20250609153524.png]]
+
+Возьмем команды: сначала на конвейер приходит команда A, потом команда B
+- RAW - B пытается читать тот регистр, в который еще не успела записать A. Есть риск получить старое или вовсе мусорное значение
+- WAR - A пытается прочитать из ячейки, куда пишет B. Фактически это означает, что по какой-то причине B получает возможность писать раньше, чем A читать, что не должно происходить, если A попадает на конвейер раньше B. Однако в процессорах 6 поколения допускается выполнение команд не в порядке их следования в коде
+- WAW - B пытается писать операнд раньше, чем А запишет свой результат, то есть записи происходят в неправильном порядке. *Возможны только в конвейерах, где запись может происходить на нескольких ступенях*
+
+*схема на рисунке*
+![[Pasted image 20250609162101.png]]
diff --git a/assets/Pasted image 20250609000344.png b/assets/Pasted image 20250609000344.png
new file mode 100644
index 0000000..4471ede
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609000344.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:d629cc60b7f25cf8d5d0c0cb05ed73777892f5fcc1eb05aba7398324e126baee
+size 1096
diff --git a/assets/Pasted image 20250609133114.png b/assets/Pasted image 20250609133114.png
new file mode 100644
index 0000000..1249731
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609133114.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:8c305699c422b60af624d5ad6e1735b347c68d209c0575aec68f6cd0942be2d1
+size 1203
diff --git a/assets/Pasted image 20250609133320.png b/assets/Pasted image 20250609133320.png
new file mode 100644
index 0000000..fca9eb5
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609133320.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:10d069c219c45fb75c6a6687c084cd013a8e16d57e25ea44cfc3897cf9544dd0
+size 19340
diff --git a/assets/Pasted image 20250609134742.png b/assets/Pasted image 20250609134742.png
new file mode 100644
index 0000000..e3371c3
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609134742.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:a946c3d895afeee20ac95cc7bdab1f825068e930ce253201b8c2b4e771181e09
+size 11095
diff --git a/assets/Pasted image 20250609153524.png b/assets/Pasted image 20250609153524.png
new file mode 100644
index 0000000..6776776
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609153524.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:c7ba72f2ac0fb6a8812822b5a6c68bdeafc95b7d3d03b42546368fb4105b35ef
+size 12303
diff --git a/assets/Pasted image 20250609162101.png b/assets/Pasted image 20250609162101.png
new file mode 100644
index 0000000..fb78922
--- /dev/null
+++ b/assets/Pasted image 20250609162101.png	
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:c5aee2f67a8d2bdb094ee96a9c8d6c0ba548de1805ea6d583452b26996254cf3
+size 17410
diff --git a/assets/buble_demo.gif b/assets/buble_demo.gif
new file mode 100644
index 0000000..f0e3b9a
--- /dev/null
+++ b/assets/buble_demo.gif
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:38f1f18f49355e36c1d1a39278226f11ed589babaee787275558f6b0cee85a6d
+size 615749
diff --git a/assets/buble_demo.mp4 b/assets/buble_demo.mp4
new file mode 100644
index 0000000..3f9d5b8
--- /dev/null
+++ b/assets/buble_demo.mp4
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:37df6585f5ee584afaf811ba08092f3553ee886196f90628e15a550a1773ae7e
+size 912670
diff --git a/assets/conveyor_example_1.gif b/assets/conveyor_example_1.gif
new file mode 100644
index 0000000..8cfae3e
--- /dev/null
+++ b/assets/conveyor_example_1.gif
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:163516c12f48d30a268c55991b33b79fcfbde294f6cf11ba7fc922fde26e98e5
+size 609755
diff --git a/assets/conveyor_example_1.mp4 b/assets/conveyor_example_1.mp4
new file mode 100644
index 0000000..f20bd5e
--- /dev/null
+++ b/assets/conveyor_example_1.mp4
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:6887f3aa7affcd104f5b87545e55156e81a09581c7a0519492005fe15e6612b1
+size 582884
diff --git a/assets/data_conflict.gif b/assets/data_conflict.gif
new file mode 100644
index 0000000..0ae8449
--- /dev/null
+++ b/assets/data_conflict.gif
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:99ff92c2316883a7918fee54d194c85ee5ac731e754ce5a5471d27a8eaf62533
+size 318654
diff --git a/assets/short_circuit.mp4 b/assets/short_circuit.mp4
new file mode 100644
index 0000000..95775be
--- /dev/null
+++ b/assets/short_circuit.mp4
@@ -0,0 +1,3 @@
+version https://git-lfs.github.com/spec/v1
+oid sha256:c40fca77145c6342a56b0ec607eaf32ebcb56b4797dabd5d0bd0b0d1a2a243c7
+size 2390444