Kiến trúc máy tính Chương 4: Song song hóa mức câu lệnh

Kiến trúc máy tính Chương 4: Song song hóa mức câu lệnh Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Tổng quan • • • • Khái niệm song song hóa mức câu lệnh Các loại phụ thuộc hazard Song song hóa dùng trình biên dịch Lập lịch động Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Khái niệm song song hóa mức câu lệnh • Nhiều lệnh xử lý đồng thời gọi song song hóa mức câu lệnh • Pipelining kỹ thuật song song hóa mức câu lệnh Pipeline CPI = Ideal pipeline CPI + Structural stalls + Data hazard stalls + Control stalls Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Song song hóa mức câu lệnh • Ta phải tìm cách để pipeline CPI gần pipeline CPI lý tưởng tốt • Giải pháp 1: Sử dụng phần mềm để giải vấn đề giai đoạn biên dịch • Giải pháp 2: Sử dụng phần cứng để giải vấn đề cách linh động Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Các loại phụ thuộc • Phụ thuộc tên • Phụ thuộc điều khiển • Phụ thuộc liệu Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Phụ thuộc tên • Hai câu lệnh sử dụng ghi hay ô nhớ gọi tên • Khơng có dịng liệu hai câu lệnh liên quan đến tên • Ví dụ lệnh S.D, DADDUI Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Phụ thuộc điều khiển • Thứ tự thực câu lệnh liên quan đến lệnh rẽ nhánh Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Phụ thuộc liệu • Câu lệnh i tạo kết sử dụng câu lệnh j • Câu lệnh j phụ thuộc liệu câu lệnh k, câu lệnh k phụ thuộc liệu vào câu lệnh i Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Phụ thuộc liệu Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 Phụ thuộc liệu Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 10 Lập lịch động – Thuật tốn Tomasulo • Được thiết kế ban đầu cho IBM360/91 chủ yếu dùng cho load/store xử lý số thực • Hạn chế RAW, WAW, WAR • Tổ chức phần cứng: – Bộ đệm điều khiển nằm phân tán với xử lý số thực (gọi trạm dự trữ) – Tên ghi câu lệnh thay trỏ đệm trạm dự trữ – Bus liệu dùng chung quảng bá kết đến tất đơn vị xử lý số thực – Load/store coi đơn vị xử lý số thực Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 14 Thuật toán Tomasulo Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 15 Thuật tốn Tomasulo • trạng thái thuật toán Tomasulo – Phát hành lệnh: lấy lệnh từ hàng đợi lệnh số thực • Nếu trạm dự trữ cịn trống (khơng có hazard cấu trúc), lệnh phát hanh tham số (các ghi đổi tên) – Thực lệnh: Nếu tham số sẵn sàng thực lệnh khơng đợi tham số từ bus dùng chung – Viết kết quả: Viết lên bus dùng chung tới tất khối chức năng, đánh dấu trạm dự trữ trống Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 16 Thuật tốn Tomasulo • Bus thường: liệu + địa đích • Bus dùng chung với chế canh liệu (snoop) : liệu + địa nguồn Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 17 Thuật tốn Tomasulo • Mỗi trạm dự trữ có thơng tin điều khiển sau: – Op: tên lệnh – Vj, Vk: giá trị toán tử nguồn – Qj, Qk: tên trạm dự trữ tạo kết toán tử nguồn – A – địa nhớ phục vụ cho load / store – Busy: trạm dự trữ bận • Trạm dự trữ load/store có thơng tin: Busy, A • Thanh ghi có thơng tin: Qi tên trạm dự trữ tạo kết chứa ghi Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 18 Thuật toán Tomasulo- cycle Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 19 Thuật toán Tomasulo- cycle Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 20 Thuật toán Tomasulo- cycle Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 21 Thuật toán Tomasulo- cycle Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 22 Thuật toán Tomasulo- cycle 10 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 23 Thuật toán Tomasulo • Hạn chế WAR hazard – ADDD kết thúc an tồn trước DIVD đọc F6 DIVD đổi tên F6 để tới trạm dự trữ LD quảng bá kết bus dùng chung – Đổi tên ghi thực động cách dùng phần cứng trình biên dịch Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 24 Thuật toán Tomasulo- cycle 11 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 25 Thuật toán Tomasulo- cycle 16 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 26 Thuật toán Tomasulo- cycle 57 Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 27 Lợi ích thuật tốn Tomasulo • Phát hazard phân tán – trạm dự trữ phân tán – bus dùng chung với chế canh liệu (snoop) • Hạn chế WAR, WAW hazard (đổi tên ghi) Dang Minh Quan: Institute of IT for Economics-NEU, 2011 28