CPU-Wartezustände beziehen sich auf Pausen oder Verzögerungen, die die Zentraleinheit erfährt, während sie darauf wartet, dass andere Komponenten des Computers ihre Aufgaben abschließen. Mehrere Faktoren können zu CPU-Wartezuständen führen:

Speicherzugriffsverzögerungen (RAM): Wenn die angeforderten Daten oder Anweisungen nicht ohne weiteres im Cache-Speicher der CPU verfügbar sind, muss die CPU möglicherweise warten, während die Daten aus dem langsameren RAM abgerufen werden. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen CPU und RAM kann zu Wartezuständen führen.

Eingabe-/Ausgabeoperationen (E/A): Wenn die CPU Daten von Eingabegeräten anfordert oder Daten an Ausgabegeräte sendet, kann es zu Wartezuständen kommen, wenn die E/A-Geräte die Informationen nicht schnell verarbeiten können. Beispielsweise kann das Lesen von Daten von einer mechanischen Festplatte im Vergleich zu einer SSD zu mehr Wartezuständen führen.

Buskonflikt: In Mehrkomponenten-Computersystemen gibt es nur einen Kommunikationsweg zwischen der CPU und den Systemkomponenten. Wenn mehrere Geräte wie Grafikkarten oder Peripheriecontroller gleichzeitig Zugriff auf den Bus anfordern, kann es zu Buskonflikten kommen. Die CPU muss warten, bis sie die Kontrolle über den Bus erlangt, um ihre Operationen fortzusetzen, was zu Wartezuständen führt.

2. Prozessor-Störungen (Pipeline-Störungen)

Bei modernen Pipeline-Prozessoren kommt es zu Prozessorstillständen, auch Pipeline-Stalls genannt. Beim Pipelining werden Aufgaben in mehrere Phasen unterteilt, um die Effizienz zu steigern. In bestimmten Situationen kann die Pipeline jedoch vorübergehend zum Stillstand kommen, wenn bestimmte Daten von den Ergebnissen einer vorherigen Phase abhängen oder noch nicht zugänglich sind.

Datenabhängigkeit bleibt hängen: Bei der Pipeline-Verarbeitung dient die Ausgabe einer Stufe als Eingabe für die nächste. Wenn die erforderlichen Daten (Quelloperanden) für eine Stufe noch verarbeitet werden oder aus anderen Gründen blockiert sind, müssen die nachfolgenden Stufen warten. Diese Wartezeit führt zu Verzögerungen bei der Datenabhängigkeit.

Ressourcenkonflikt blockiert: Ähnlich wie bei CPU-Wartezuständen kann es zu Ressourcenkonflikten kommen, wenn mehrere Ausführungseinheiten innerhalb eines Prozessors auf eine gemeinsam genutzte Ressource wie ein Register oder einen Speicherort zugreifen müssen. Wenn ein Teil der Pipeline die Ressource länger als erwartet behält, stoppt er den Fortschritt anderer Phasen und führt zu Verzögerungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass aufgrund von Ressourcenbeschränkungen oder -abhängigkeiten sowohl CPU-Wartezustände als auch Prozessorausfälle auftreten. Während sich Wartezustände auf herkömmliche Mehrkomponentensysteme auswirken, wirken sich Stillstände direkter auf moderne Pipeline-Prozessoren aus. Die Optimierung von Hardwarekomponenten, Busschnittstellen und Softwareplanung kann dazu beitragen, diese Instanzen zu reduzieren und die Gesamtsystemleistung zu verbessern.