Конвейер команд

Конвейер команд (instruction pipeline) — организация процессора, при которой обработка команды разбита на ступени — выборку из памяти, декодирование, исполнение, — и разные команды одновременно находятся на разных ступенях. Пока одна команда исполняется, следующая уже декодируется или выбирается. Каждая отдельная команда проходит все ступени, но в среднем процессор завершает по команде за такт.

Конвейер в микроконтроллерах

Ядро	Ступеней	Что даёт
AVR (ATmega328P)	2: выборка и исполнение	большинство команд за такт, до 1 MIPS на 1 МГц
ARM Cortex-M3	3: выборка, декодирование, исполнение	переход стоит 1 + P тактов, P = 1–3

У AVR одноуровневый конвейер работает благодаря гарвардской архитектуре: следующая команда выбирается из флеш-памяти по своей шине, пока текущая работает с данными (DS40002061B, глава 7). Подробнее — в статье об архитектуре AVR.

Цена переходов

Конвейер заранее выбирает команды, которые лежат следом в памяти. При переходе — условном или безусловном, вызове функции, возврате — уже выбранные команды не нужны, и конвейер заполняется заново. У Cortex-M3 это 1–3 лишних такта на переход; ядро начинает выбирать команды по адресу перехода заранее, чтобы сократить потери. Такты команд, шины и конвейер Cortex-M3 разобраны в статье об архитектуре Cortex-M3. На время реакции на событие конвейер влияет вместе с сохранением регистров — см. задержку прерывания.