01 Pipelining Introduccion - Puj.ppt

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. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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

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http://cse.stanford.edu/class/sophomore-college/projects-00/risc/pipelining/ http://www.ece.arizona.edu/~ece462/Lec03-pipe/ ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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EJEMPLO – CON PIPELINING

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http://cse.stanford.edu/class/sophomore-college/projects-00/risc/pipelining/ http://www.ece.arizona.edu/~ece462/Lec03-pipe/ ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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Figure PIPELINING.4: A single-cycle processor

http://arstechnica.com/articles/paedia/cpu/pipelining-1.ars/2 Autor: Jon Stokes ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 15 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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES PIPELINING

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