Slide đầy đủ thuyết trình bộ môn Kiến trúc máy tính về chủ đề : Xử lý song song ở mức(cấp) tập lệnh (INSTRUCTION LEVEL PARALLELISM ) Bao gồm:Đưa ra các khái niệm, các ý tưởngXử lý song songCác ví dụ minh họa đầy đủ, chi tiết
GROUP 1 Trần Đức Thao Nguyễn Quang Huy Lê Đắc Duy Đỗ Thanh Tùng Kiều Mạnh Quang Vũ Mạnh Hoàng Nguyễn Thanh Trúc INSTRUCTION LEVEL PARALLELISM (Xử lý song song cấp tập lệnh) Presented by Trần Đức Thao INTRODUCTION (GIỚI THIỆU) Instruction-level parallelism (ILP) chất loạt câu lệnh thực xử lý Những câu lệnh xếp lại kết hợp thành nhóm mà sau thực song song mà không thay đổi kết chương trình Từ "parallel" ILP có nghĩa “đồng thời” Xử lý song song gì? (Parallel instructions) Xử lý song song: phân chia toán to thành nhiều toán nhỏ, giải lúc, nhờ làm tăng tốc độ giải toán Ví dụ: Chúng ta cần tính tích phân khoảng [0, 100], phân làm toán nhỏ tính tích phân khoảng [0, 50] [50, 100], cộng kết lại Hình thức song song: Song song cấp bit: • 16 bit thêm vào bit processor Song song cấp lệnh Song song liệu (trong vòng lặp chương trình) • for (i=1; i>> Tối ưu khả hoạt động CPU (gia tăng tốc độ xử lý CPU) Ý tưởng kiến trúc đường ống lệnh Ý tưởng để phân chia việc xử lý lệnh CPU thành loạt bước độc lập để xử lý lưu trữ vào cuối bước Điều cho phép điều khiển CPU xử lý lệnh với tốc độ xử lý bước chậm nhanh nhiều so với thời gian cần thiết để thực trình xử lý đơn bước EXAMPLE Ví dụ: Cấu trúc đường ống lệnh theo RISC chia thành giai đoạn với flip flops (mạch có hai trạng thái bền sử dụng để lưu trữ thông tin trạng thái) giai đoạn sau: Instruction fetch (Lấy lệnh) (IF) Instruction decode & register fetch (Giải mã đăng ký tìm nạp) Execute (Thi hành) (EX) Memory access (thâm nhập nhớ) (MEM) Register write back (Lưu kết quả) (WB) Trục dọc hướng dẫn kế tiếp, trục ngang thời gian Ta thấy cột màu xanh cây, lệnh giai đoạn WB lệnh cuối trải qua giai đoạn IF (lấy lệnh) SIÊU VÔ HƯỚNG (Superscalar) Bộ xử lý Siêu vô hướng thực việc xử lý nhiều câu lệnh xử lý đơn, làm cho tốc độ CPU nhanh so với trước Một xử lý Siêu vô hướng thực nhiều lệnh chu kỳ cách gửi nhiều lệnh ( dispatched instruction instruction ) tới nhiều đơn vị chức dự phòng xây dựng vi xử lý Mỗi đơn vị chức lõi CPU riêng biệt mà tài nguyên thực thi bên CPU đơn vị logic số học, đơn vị dấu chấm động (FPU), điều chỉnh bit số nhân EXAMPLE Trong đường ống lệnh siêu vô hướng đơn giản Bằng cách tìm nạp gửi hai hướng lúc, hoàn thành tối đa hai hướng dẫn cho chu kỳ Thực không theo (OUT-OF-ORDER EXECUTION) OoOE Là mô hình sử dụng hầu hết vi xử lý hiệu suất cao để sử dụng hầu hết tính cao vi xử lý để nâng cao hiệu sử dụng chu kỳ lệnh mà nó, bị lãng phí thời gian chậm trễ Trong mô hình này, xử lý thực câu lệnh theo trật tự chi phối sẵn có liệu đầu vào, theo lệnh ban đầu lập trình viên Bộ xử lý tránh nhàn rỗi chờ đợi cho câu lệnh trước hoàn thành để lấy liệu cho lệnh tiếp theo, xử lý không theo để hướng dẫn chạy chạy cách độc lập hoàn toàn Hầu hết thiết kế CPU đại hỗ trợ cho việc thực không theo Các bước thực xử lý không theo Out-of-order processors breaks up the processing of instructions into these steps: Nhận lệnh Gửi lệnh Bộ đệm lệnh Đơn vị chức Đơn vị chức Xử lý Mọi thứ hoàn tất Ghi kết vào sổ đăng kí Đơn vị chức n Lưu trữ ngược Các kỹ thuật ILP khác Register renaming (Đăng kí thay đổi tên) kỹ thuật sử dụng để tránh không cần thiết chương trình hoạt động việc tái sử dụng sổ đăng ký, sử dụng phép thực không theo (OUT-OF-ORDER EXECUTION) Speculative execution (Thực đầu cơ) Cho phép thực hướng dẫn hoàn chỉnh phận lệnh trước đảm bảo việc thực bắt buộc Branch prediction (Dự báo nhanh) (Được sử dụng để tránh chậm trễ gây phụ thuộc kiểm soát để giải quyết) Dự đoán chi nhánh xác định liệu chi nhánh có điều kiện (nhảy) luồng lệnh chương trình thực hay không Love all