Transcript Arquitectura de Computadores I

PIPELINING - INTRODUCCION
Definciónes básicas
Ejemplos prácticos
Ejemplos sobre un procesador
Tiempo entre instrucciones
Pipeline Hazard
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PIPELINING
– Un PIPELINE es una serie de etapas, en
donde en cada etapa se realiza una
porción de una tarea. La tarea no se
termina hasta el momento en que haya
pasado a través de todas las etapas.
– Un PIPELINE es usado para mejorar el
desempeño mas allá de lo que puede
ser alcanzado con un procesamiento sin
pipeline.
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PIPELINE - TROOUGHPUT
– Este mecanismo incrementa el
throughput -el número de
instrucciones completadas por unidad
de tiempo.
– No reduce la latencia -el tiempo de
ejecución de una solo instrucción
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COMPLEJIDAD DEL HARDWARE
Y EL CONTROL
A cierto nivel usar Pipelining implica
replicación de algunas funciones. Con el
propósito de garantizar ejecución
simultanea.
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EJEMPLO – SIN PIPELINING
Source
http://cse.stanford.edu/class/sophomore-college/projects-00/risc/pipelining/
http://www.ece.arizona.edu/~ece462/Lec03-pipe/
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EJEMPLO – CON PIPELINING
Source
http://cse.stanford.edu/class/sophomore-college/projects-00/risc/pipelining/
http://www.ece.arizona.edu/~ece462/Lec03-pipe/
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Figure PIPELINING.4: A single-cycle processor
http://arstechnica.com/articles/paedia/cpu/pipelining-1.ars/2
Autor: Jon Stokes
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Figure PIPELINING.5: A four-stage pipeline
Figure PIPELINING.5: A four-stage pipeline
http://arstechnica.com/articles/paedia/cpu/pipelining-1.ars/2
Autor: Jon Stokes
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EJEMPLO EN EL PROCESADOR
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES Figura 6.3 Single-cycle, nonpipelined
execution in top versus
PIPELINING
pipelined execution in botton
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Time betwen instructions pipelined
Time betweb instructions pipelined=
(Time betweb instructions
nonpipelined) / Number of pipe
stages
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DEEP PIPELINING
Deep Pipelining hace referencia a la cantidad de
estados en los cuales es dividido el proceso.
En el caso del procesador estudiado se tienen 5
estado
Fetch
Read register while decoding instruction
Execute the operation or calculate an address
Access an operand in data memory
Write the result into a register
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PIPELINE HAZARDS
STRUCTURAL HAZARD
Es cuando el hardware no puede soportar la
combinación de instrucciones que se desean
ejecutar en el mismo ciclo de reloj.
DATA HAZARD
Ocurren cuando el pipeline debe detenerse en un
paso mientras que se espera que otro se
complete
CONTROL HAZARD:
Ocurren cuando ha necesidad de tomar una
dedición basada en el resultado de una
instrucción mientras esta se está ejecutando
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STRUCTURAL HAZARD
EJEMPLO:
Se dispone de un sistema de una
sola memoria para programa y
datosCuando se ejecuta una cuarta
instrucción se darían dos accesos a
memoria al mismo tiempo
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DATA HAZARD
Add $s0, $t0, $t1
Sub $t2, $s0, $t3
Existe una dependencia de la segunda
instrucción sobre la primera mientras
está en el pipelining
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DATA HAZARD: EJEMPLO
FORWARDING O BYPASSING
Figure 6.5: Graphical representation of forwarding. Computer Organization
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ARQUITECTURA DE COMPUTADORES and Design. David A Paterson
PIPELINING
DATA HAZARD :EJEMPLO
FORWARDING O BYPASSING AND STALL
Figure 6.6 We need a stall even with forwarding when an R-format
instruction following a load tries to use the data . Computer Organization and
Design. David A Paterson
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CONTROL HAZARD
Son llamados tambíen branch
hazard.
Existen dos alternativas
– STALL: Después de realizar fetch de una
instrucción de salto se hace fetch de la
siguiente, pero no se sabe si esta
efectivamen va a realizars, de modo que
se agrega una burbuja
– PREDICT: una aproximación simple es
asumir que el salto no va a ser tomado
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CONTROL HAZARD: STALL
Figure 6.7: Pipeline shwing stalling on every cibditional branch as
solution to control hazard. Computer Organization and Design.
David A Paterson
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CONTROL HAZARD : PREDICT
Figure 6.8: Predicting thar branches are no taken as a solution to
control hazard. Computer Organization and Design. David A
Paterson
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