4/2 enkel pipelining in 147, våren 1997 pipelining 1. Pipelining. når tema læreboka. 11/3 problemer

Transkript

1 Pipelining når tema læreboka 4/2 enkel pipelining /3 problemer in 47, våren 997 pipelining

2 Time 6 P A Task order A B C D Time 6 P A Task order A B C D in 47, våren 997 pipelining 2

3 PC Instrction [25 ] Shift Jmp address [3 ] left Add PC+4 [3 28] Instrction [3 26] Control RegDst Jmp Branch em emtoreg ALUOp em ALUSrc Reg Shift left 2 Add ALU reslt address Instrction memory Instrction [3 ] Instrction [25 2] Instrction [2 6] Instrction [5 ] register register 2 register Registers 2 ALU Zero ALU reslt Address Data memory Instrction [5 ] 6 32 Sign etend ALU control Instrction [5 ] in 47, våren 997 pipelining 3

4 IF: Instrction fetch ID: Instrction decode/ register file read EX: Eecte/ address calclation E: emory access WB: back Add 4 Add Add reslt Shift left 2 PC Address Instrction memory Instrction register register 2 register Registers 2 ALU Zero ALU reslt Address Data memory 6 Sign etend 32 in 47, våren 997 pipelining 4

5 4 Add Add reslt Shift left 2 Instrction PC IF/ID ID/EX EX/E E/WB Add Address Instrction memory register register 2 register Registers 2 ALU Zero ALU reslt Address Data memory 6 Sign etend 32 in 47, våren 997 pipelining 5

6 Program eection order (in instrctions) Time (in clock cycles) CC CC 2 CC 3 CC 4 CC 5 CC 6 CC 7 lw $, ($) I Reg ALU D Reg lw $2, 2($) I Reg ALU D Reg lw $3, 3($) I Reg ALU D Reg in 47, våren 997 pipelining 6

7 Klokkesignalets rolle < en klokkeperiode > lese ny instrksjon dekode instrksjonen lese t registre operere aksessere hkommelsen skrive til register in 47, våren 997 pipelining 7

8 Ytelsesøkning fra pipelining * starte (+avsltte) én instrksjon pr. klokkesykel * klokken bestemmer «throghpt» * pipelinens lengde bestemmer «latency» * pipelineregistre bidrar med forsinkelse in 47, våren 997 pipelining 8

9 Klokking Clk φ φ2 Clk Stikkord: kanttrigging (latch) nivåtrigging (flip flop) flere faser, in 47, våren 997 pipelining 9

10 Kontroll WB Instrction Control WB EX WB IF/ID ID/EX EX/E E/WB in 47, våren 997 pipelining

11 Pipelinehasarder vit> def hazard haz.ard (n) ( haz *rd) Etymology: E, fr. F i[hasard], fr. Ar i[az zahr] the die ) n, a game of chance like craps played with two dice 2) n, a sorce of danger 3) a) n, CHANCE b) n, a chance event: ACCIDENT i[obs] 4) n, STAKE 5) n, one of the winning openings in a cort tennis cort 6) n, a golf corse obstacle vit> bokmål hasard hasar d en (fra fr, av arab al zahr terning(spill) ) spill der slmp og ikke dyktighet avgjør tfallet, lykkespill spille h / overf: planen var den rene h vågespill, sjansespill Tre typer: Strktrelle hasarder (IPS designet for å nngå disse) Datahasarder avhengigheter mellom instrksjoner Kontrollhasarder konsekvenser av behov for avgjørelser in 47, våren 997 pipelining

12 Avhengigheter r < 4[r5]... r3 < r op r2 (a) ekte [RAW] r < r4 op r5... r < [r3] (c) «otpt» [WAW] r3 < r op r2... r < r4 op r5 (b) anti [WAR] Label: if r3 == goto Label... r < r4 op r5... (d) kontroll in 47, våren 997 pipelining 2

13 Typer hasarder Anta: instrksjon i... instrksjon j * After (RAW): Instrksjon j leser fra et register før instrksjon i har skrevet til samme register. Instrksjon j brker forrige verdi. * After (WAR): Instrksjon j skriver til et register før det samme registeret blir lest av instrksjon i. Instrksjonen i brker neste verdi. * After (WAW): Instrksjon j skriver til et register før instrksjon i har skrevet til samme register. Forrige verdi blir liggende i registeret. (RAW/WAR/WAW henspeiler på ordningene som må opprettholdes for at alt skal gå bra) in 47, våren 997 pipelining 3

14 Pipeline delay: sb $2, $, $3 and $2, $2, $5 or $3, $6, $2 add $4, $2, $2 sw $5, ($2) or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 sb $2, $, $3 IF ID EX E WB sw $5, ($2) add $4, $2, $2 or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 sb $2, $, $3 IF ID EX E WB in 47, våren 997 pipelining 4

15 Load hasard: lw $2, ($) and $2, $2, $5 or $3, $6, $2 add $4, $2, $2 sw $5, ($2) add $4, $2, $2 or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 lw $2, ($) IF ID EX E WB sw $5, ($2) add $4, $2, $2 or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 lw $2, ($) IF ID EX E WB in 47, våren 997 pipelining 5

16 Branch hasard: or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 beq $, $3, 28 beq $, $3, 28 and $2, $2, $5 or $3, $6, $2 add $4, $2, $2... lw $4, 5($7) IF ID EX E WB lw $4, 5($7) add $4, $2, $2 or $3, $6, $2 and $2, $2, $5 beq $, $3, 28 IF ID EX E WB in 47, våren 997 pipelining 6

17 Håndtere pipelinehasarder problem ansvar pipeline delay load delay branch SW avstand avstand delayed load delayed branch hint HW forwarding stall stall stall branch prediction in 47, våren 997 pipelining 7