Kiến trúc máy tính Chương 3: Kiến trúc đường ống (Pipelining) Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Tổng quan • • • • Khái niệm đường ống Mối nguy mặt cấu trúc Mối nguy mặt liệu Mối nguy mặt điều khiển Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Khái niệm đường ống Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 bước thực lệnh RISC • • • • • IF Instruction fetch ID Instruction decode/register fetch EX Execution/effective address MEM Memory access WB Write back Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Luồng liệu MIPS Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Sử dụng pipeline MIPS Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Các lệnh xử lý song song Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Đặc điểm kỹ thuật đường ống • Kỹ thuật đường ống không làm giảm thời gian thực lệnh mà làm giảm thời gian thực toan khối lượng cơng việc • Nhiều lệnh xử lý lúc • Tốc độ đường ống phụ thuộc vào tốc độ trạng thái chậm • Khả tăng tốc lớn số trạng thái đường ống Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Độ tăng hiệu pipeline Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Hazard cấu trúc Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 10 Hazard liệu • Nguy liệu R1 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 14 Kỹ thuật chuyển phía trước • Kết ALU lưu trữ ghi pipeline EX/MEM MEM/WB gửi lại đầu vào ALU • Nếu phần cứng phát thấy kết ALU trước gửi lại đầu vào ALU tại, dùng liệu mà không dùng liệu từ ghi Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 15 Phần cứng hỗ trợ • Chèn thêm đường vịng từ EX/MEM MEM/WB • Bộ MUX rộng đầu vào ALU Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 16 Kỹ thuật chuyển phía trước Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 17 Nguy liệu với KT chuyển Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 18 Nguy liệu với KT chuyển • Trì hỗn đường ống Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 19 Nguy điều khiển • Xem xét đoạn code sau: BEQ R1,R2,#100 ; if ([R1] == [R2]) go to PC+4+4*100 ADD R4,R5,R6 DSUB R3,R5,R6 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 20 Nguy điều khiển • Các lệnh rẽ nhánh khơng phân giải tận trạng thai MEM • Lãng phí chu trình đồng hồ: lần trì hỗn, lần thực hiên thêm IF • Nếu rẽ nhánh khơng thực hiện, không cần IF thêm Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 21 Phần cứng làm giảng nguy ĐK • Tính địa đích điều kiện thử ID • Chỉ chu kỳ đồng hồ thay cho Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 22 Các cách giải nguy rẽ nhánh • Trì hỗn điều kiện rẽ nhánh đích trở nên rõ ràng Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 23 Các cách giải nguy rẽ nhánh • Dự đốn rẽ nhánh khơng xảy – Thực lệnh chuỗi – Đè ép lệnh rẽ nhánh xảy – Hoạt động tốt trạng thai cập nhật muộn đường ống (MIPS) – 33% lệnh rẽ nhánh MIPS không xảy Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 24 Các cách giải nguy rẽ nhánh • Dự đốn rẽ nhánh khơng xảy Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 25 Các cách giải nguy rẽ nhánh • Trì hỗn rẽ nhánh – Định nghĩa rẽ nhánh thực sau lệnh tiếp – Trễ chu trình cho phép tính tốn định phù hợp địa đích đường ống trang thái MIPS Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 26 Các cách giải nguy rẽ nhánh • Trì hỗn rẽ nhánh Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 27 Hiệu pipeline có lệnh rẽ nhánh Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 28