GV biên dịch Nguyệt TTN – KTMT UIT GV biên dịch Nguyệt TTN – KTMT UIT Bài Tập (Pipeline) oOo Các bài tập chương này được trích dẫn và dịch lại từ Computer Organization and Design The Hardware/Software[.]
GV biên dịch: Nguyệt TTN – KTMT UIT Bài Tập (Pipeline) -oOo Các tập chương trích dẫn dịch lại từ: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson, D A., and J L Hennessy, Morgan Kaufman, Third Edition, 2011 Bài (4.12 - sách tham khảo chính) Trong tập này, khảo sát pipeline ảnh hưởng tới chu kỳ xung clock (clock cycle time) processor Giả sử cơng đoạn (stage) pipeline có thời gian thực a b IF 300ps 200ps ID 400ps 150ps EX 350ps 120ps MEM 500ps 190ps WB 100ps 140ps Chu kỳ xung clock cần cho processor processor thiết kế có pipeline khơng pipeline đơn chu kỳ Thời gian cần thiết để thực lệnh lw cho trường hợp processor có pipeline khơng pipeline đơn chu kỳ Hỏi thêm: Thời gian cần thiết để thực lệnh add cho trường hợp processor có pipeline khơng pipeline đơn chu kỳ Giả sử lệnh thực thi processor phân rã sau (áp dụng cho câu 4) a b ALU 50% 30% beq 25% 25% lw 15% 30% sw 10% 15% GV biên dịch: Nguyệt TTN – KTMT UIT Giả sử khơng có khoảng thời gian rỗi (stalls) xung đột (hazards), phần truy xuất nhớ (MEM) phần truy xuất ghi tập ghi (WB) sử dụng % chu kỳ tồn chương trình Giả sử có thiết kế sau: lệnh sử dụng giai đoạn cần có nó, lấy nhiều chu kỳ để hoàn thành, lệnh phải hoàn thành xong lệnh khác nạp vào Thiết kế tạm gọi thiết kế đa chu kỳ Theo kiểu này, lệnh qua công đoạn mà thực cần (ví dụ, sw sử dụng cơng đoạn, khơng có cơng đoạn WB) Tính chu kỳ xung clock, so sánh thời gian thực thi thiết kế đa chu kỳ với thiết kế đơn chu kỳ (single cycle design) pipeline (Chú ý: lw: sử dụng stage; sw: stage (không WB); ALU: stage (không MEM), beq stage (không WB)) Với tất tập theo sau, nhớ liệu nhớ lệnh riêng lẻ nên mặc định khơng có xung đột cấu trúc xảy Bài (4.13 – sách tham khảo chính) Cho chuỗi lệnh sau : a lw $1, 40($6) add $6, $2, $2 sw $6, 50($1) b lw $5, -16($5) sw $5, -16($5) add $5, $5, $5 Trong trường hợp pipeline tầng khơng dùng kỹ thuật nhìn trước (no forwarding), sử dụng lệnh ‘nop’ để giải xung đột xảy (nếu có) chuỗi lệnh Trong trường hợp pipeline tầng có kỹ thuật nhìn trước (forwarding), sử dụng lệnh ‘nop’ để giải xung đột xảy (nếu có) chuỗi lệnh Chú ý: Vẽ rõ ràng hình ảnh chu kỳ pipeline đoạn lệnh thực thi GV biên dịch: Nguyệt TTN – KTMT UIT Cho bảng thể chu kỳ xung clock sau Khơng forwarding Có forwarding đầy đủ (full-forwarding) Chỉ có ALU-ALU forwarding, khơng có MEM-ALU forwarding a 300ps 400ps 325ps b 200ps 250ps 220ps Chú ý : ALU-ALU forwarding EX-EX forwarding MEM-ALU forwarding MEM-EX forwarding Tính thời gian thực thi chuỗi lệnh trường hợp không forwarding có full-forwarding? Sự tăng tốc đạt việc đưa kỹ thuật full-forwarding vào pipeline so với không forwarding bao nhiêu? Giả sử processor có kỹ thuật ALU-ALU forwarding (khơng có MEM-ALU forwarding), sử dụng lệnh ‘nop’ để giải xung đột liệu Tính thời gian thực thi chuỗi lệnh áp dụng ALU-ALU forwarding? Sự tăng tốc đạt việc dùng ALU-ALU forwarding so với không forwarding bao nhiêu? Bài Cho đoạn lệnh sau : a lw $1, 40($2) add $2, $3, $3 add $1, $1, $2 sw $1, 20($2) b add $1, $2, $3 sw $2, 0($1) lw $1, 4($2) add $2, $2, $1 c lw $1, 40($6) add $2, $3, $1 add $1, $6, $4 sw $2, 20($4) add $1, $1, $4 d GV biên dịch: Nguyệt TTN – KTMT UIT add $1, $5, $3 sw $1, 0($2) lw $1,4($2) add $5, $5, $1 sw $1, 0($2) Trong trường hợp pipeline tầng, không nhìn trước (no forwarding), sử dụng lệnh nop để giải có xung đột xảy chuỗi lệnh Trong trường hợp pipeline tầng, có nhìn trước (forwarding), sử dụng lệnh nop để giải có xung đột xảy chuỗi lệnh Chú ý: Vẽ rõ ràng hình ảnh chu kỳ pipeline đoạn lệnh thực thi