معماری کامپیوتر - hazard در پردازنده خط لوله Pipelined معماری RISCV - تحلیل کارایی

Описание: پلی لیست دوره معماری کامپیوتر:
   • معماری کامپیوتر - معرفی دوره  

پلی لیست دوره مدار منطقی:
   • مدار منطقی - معرفی دوره  

حمایت مالی از کانال کامپیار:
https://sibmo.ir/compyaar


در این قسمت از دوره معماری کامپیوتر کانال کامپیار وارد یکی از مهم‌ترین موضوعات دنیای پردازنده‌ها می‌شویم:
رفتار پردازنده خط لوله (Pipelined Processor) در معماری RISC-V و تحلیل انواع هازاردها و عملکرد آن.

در این ویدیو قدم‌به‌قدم مشکلاتی که در اجرای خط لوله رخ می‌دهند—از جمله Data Hazard و Control Hazard—را بررسی می‌کنیم و روش‌های استاندارد رفع آن‌ها مثل Forwarding، Stall و Flush را با مثال و دیاگرام‌های مفهومی توضیح می‌دهیم.
در انتها نیز کارایی پردازنده خط لوله را تحلیل کرده و آن را با معماری‌های Single-Cycle و Multi-Cycle مقایسه می‌کنیم تا دیدی عمیق از مزایا، محدودیت‌ها و هزینه‌های Pipeline داشته باشید.

📘 سرفصل‌های ویدیو
1️⃣ مقدمه‌ای بر پردازنده خط لوله در RISC-V

مرور مرحله‌های IF – ID – EX – MEM – WB

نقش pipeline registerها در جداسازی مراحل

هدف لوله‌گذاری: افزایش throughput پردازنده

2️⃣ معرفی Hazard در Pipeline

چرا علی‌رغم افزایش سرعت، pipeline دچار اختلال می‌شود؟

دسته‌بندی کلی hazardها

3️⃣ Data Hazard
🔹 نوع مهم RAW (Read After Write)

مثال‌های عددی

ایجاد مشکل در اجرای پشت‌سرهم دستورها

تشخیص conflict بین EX/MEM/WB با ID

🔹 روش‌های رفع:

Forwarding (Data Bypassing)

توضیح مسیرهای میان‌بُر

مثال کامل روی دستورهای add و sub

Stall (Pipeline Bubble)

تشخیص موقعیت stall

نمایش وقوع bubble در خط لوله

4️⃣ Control Hazard

مشکل دستورهای انشعابی مثل beq

تأخیر در تعیین PC جدید

🔹 روش‌های برخورد:

Stall برای branch

Flush کردن دستورهای اشتباه خوانده‌شده

تأثیر Branch Outcome و Branch Decision روی مراحل pipeline

5️⃣ Structural Hazard (مرور کوتاه)

مثال: دسترسی همزمان به حافظه

6️⃣ تحلیل کارایی پردازنده خط لوله

مفهوم Speedup

CPI تقریبی در پردازنده‌های pipeline

اثر stall و flush روی CPI واقعی

مقایسه عددی با Single-Cycle و Multi-Cycle

بررسی بهبود throughput و هزینه افزایش پیچیدگی

7️⃣ جمع‌بندی

مزایا و معایب pipeline

نقش forwarding و hazard detection unit

نکات مهم برای پرسش‌های امتحانی و کنکور