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Semester 6/COMARCH/Zusammenfassung/Vorlesung 5.md

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+## 📘 **Zusammenfassung: V5 Pipelining – Computerarchitektur**
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+### 🚀 Was ist Pipelining?
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+- **Prinzip:** Überlappende Ausführung mehrerer Instruktionen
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+- **Analogie:** Waschstraße – mehrere Autos gleichzeitig in unterschiedlichen Phasen
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+- **Ziel:** Erhöhung des Durchsatzes (mehr Befehle pro Zeiteinheit)
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+- **Wichtig:** Latenz einzelner Instruktionen bleibt gleich
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+### 🔁 MIPS-Pipeline (5 Stufen)
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+|**Stufe**|**Name**|**Funktion**|
+|---|---|---|
+|1|IF (Instruction Fetch)|Befehl aus Speicher laden|
+|2|ID (Instruction Decode)|Dekodieren, Register lesen|
+|3|EX (Execute)|ALU-Berechnung, Adresse kalkulieren|
+|4|MEM (Memory Access)|Speicher lesen/schreiben|
+|5|WB (Write Back)|Ergebnis ins Register zurückschreiben|
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+### 📈 Performance-Vorteile
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+- **Single-Cycle Datapath:** 800 ps pro Befehl
+    
+- **Pipelined Datapath:** 200 ps pro Befehl
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+- **Theoretisches Speedup:** Anzahl Stufen = 5x schneller
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+- **Realität:** Speedup < 5 wegen Hazard-Stalls und unbalancierter Stufen
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+### ⚠️ Hazards (Gefahren)
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+#### 🏗 Struktur-Hazards
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+- Konflikt um Ressource (z. B. Instruktions- und Datenspeicher gleichzeitig benötigt)
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+- **Lösung:** Getrennte Instruktions-/Datenspeicher oder Caches
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+#### 📦 Daten-Hazards
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+- Instruktion benötigt Ergebnis der vorherigen Instruktion
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+- Beispiel:
+    
+    ```asm
+    add $s0, $t0, $t1
+    sub $t2, $s0, $t3
+    ```
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+- **Lösungen:**
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+    - **Forwarding (Bypassing):** Ergebnis direkt weiterleiten
+        
+    - **Stalls:** Pipeline anhalten
+        
+    - **Code Scheduling:** Befehle umsortieren, um Abhängigkeiten zu vermeiden
+        
+
+#### 🔁 Kontroll-Hazards
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+- Sprünge (`beq`, `bne`) → Ziel erst spät bekannt
+    
+- **Lösungen:**
+    
+    - Warten bis Branch-Entscheidung (Stalls)
+        
+    - **Branch Prediction:**
+        
+        - **Static:** Vorwärts nicht nehmen, Rückwärts nehmen
+            
+        - **Dynamic:** Verlauf der Branches aufzeichnen und vorhersagen
+            
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+### 📦 Optimierungen
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+- **Forwarding:** Verhindert unnötige Stalls
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+- **Branch Prediction:** Reduziert Control Hazards
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+- **Separate Speicher:** Löst Struktur-Hazards
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+- **Code Scheduling:** Compiler verschiebt Befehle zur Vermeidung von Stalls
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+### 📝 Für die Klausur merken
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+✅ Pipeline-Stufen & ihre Aufgaben  
+✅ Arten von Hazards + Lösungsstrategien (Forwarding, Prediction)  
+✅ Unterschied Durchsatz ↔ Latenz  
+✅ Warum MIPS-ISA besonders pipelining-freundlich ist  
+✅ Unterschied Static ↔ Dynamic Branch Prediction
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