tema 2: paralelismo interno en sistemas computadores
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
• INTRODUCIR NUEVA INSTRUCCIÓN CADA CICLO
• 1 CICLO, VARIAS INSTRUCCIONES EN DIFERENTES ETAPAS
• NUMERO DE ETAPAS DEPENDE DEL PROCESADOR
• OBJETIVO: TODAS LAS ETAPAS DUREN UN CICLO
• DURACION ETAPA: TIEMPO ETAPA MAS LENTA
• AUMENTA PRODUCTIVIDAD, NO TIEMPO DE EJECUCION
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
DISEÑO DE UN REPERTORIO DE INSTRUCCIONES PARA PIPELINE
• TODAS INSTRUCCIONES MISMA LONGITUD
• POCOS FORMATOS DIFERENTES
• MAQUINAS LOAD/STORE (0,2) (0,3)
• DATOS ALINEADOS EN MEMORIA. LEER UN DATO 1 ACCESO,NO DOS.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
DISEÑO DE UN REPERTORIO DE INSTRUCCIONES PARA DLX
• TODAS INSTRUCCIONES MISMA LONGITUD: 32 Bits
• POCOS FORMATOS DIFERENTES: 3 Formatos
– LD:
– ADD:– SALTOS:
• MAQUINAS LOAD/STORE (0,3)
• DATOS ALINEADOS EN MEMORIA.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
CONFLICTOS
• DETENCIÓN DE LA CADENA DEBIDO A INFLUENCIAS ENTREINSTRUCCIONES.
• ESTRUCTURALES. No hay suficientes recursos para ejecutar dosinstrucciones a la vez. Ejemplo: Acceso a memoria por búsqueda deinstrucción y por datos.
• CONTROL. Instrucciones de ruptura de secuencia. ¿Qué caminotomar?. Soluciones: bloqueos o predicciones.
• DEPENDENCIA DE DATOS. Instrucciones próximas usan datoscomunes. Dominio y rango.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
DEPENDENCIA DE DATOS
• DEPENDENCIA REAL. (RAW READ AFTER WRITE). Instrucciónutiliza datos (dominio) actualizados por la instrucción anterior (rango).
• ANTIDEPENDENCIA. (WAR WRITE AFTER READ). Instrucciónposterior actualiza su rango antes de que la actual pueda leer sudominio. Aparece en la ejecución fuera de orden y en cadenas coninstrucciones de diferente longitud.
• DEPENDENCIA DE SALIDA. (WAW WRITE AFTER WRITE).Instrucciones próximas comparten un mismo rango.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
IMPLEMENTANDO LA SEGMENTACION EN DLX
• ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
– 1) Rellenar la tabla de asignación de recursos.– 2) Comprobar los posibles conflictos.
– 3) Modificar el camino de datos para eliminar conflictos:• Añadir lógica de cálculo y comparación sencilla para liberar a la
Unidad Entera.• Añadir nuevas líneas de transmisión de datos.
• Duplicar recursos. Ejemplo registros.• Utilizar flancos de reloj para lectura/escritura de registros.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
PASOS BÁSICOS DE EJECUCIÓN
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7 , 8 : A L U ( C ) A o p B I RA L U
L O A D 9 : M A R A + e x t I R
: S T O R E 1 0 : M D R B
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
PASOS BÁSICOS DE EJECUCIÓN
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: 1 4 : M M A R M D RS T O R E
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
IMPLEMENTANDO LA SEGMENTACION EN DLX
• ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES– Tabla de asignación:
• Las columnas las componen todos los recursos relacionados con laejecución de instrucciones.
• Las filas están compuestas por las distintas etapas de ejecución delas instrucciones.
• Se marcan como ocupados las intersecciones columnas-filas quecorresponden a recursos ocupados en esa etapa.
• Mientras exista una columna con más de una marca, existe unconflicto estructural.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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: S T O R E 1 0 : M D R B
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OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
OCUPACIÓN DE LOS RECURSOS
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
IMPLEMENTANDO LA SEGMENTACION EN DLX
• ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
– Modificar el camino de datos para eliminar conflictos:
• Añadir lógica de cálculo y comparación sencilla para liberar a laUnidad Entera.
• Añadir nuevas líneas de transmisión de datos.• Duplicar recursos. Ejemplo registros.
• Utilizar flancos de reloj para lectura/escritura de registros.
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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3 : A R s 1
: 4 : B R s 2
5 : P C P C + 4
A L U ( C ) A o p B I RA L U
L O A D M A R A + e x t I R
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
LIBERACIÓN DE LOS RECURSOS
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TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir incrementador de PC y comunicación directa PC-Memoria
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir incrementador de PC y comunicación directa PC-Memoria
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir incrementador de PC y comunicación directa PC-Memoria
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Replicar registros necesarios para utilizarlos en distintas etapas: PC e
IR.
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES• Replicar registros necesarios para utilizarlos en distintas etapas: PC e IR.
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES• Replicar registros necesarios para utilizarlos en distintas etapas: PC e IR.
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir comparador con 0
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
+4
==0 COND
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir comparador con 0
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir conexión desde MDR al Fichero de Registro
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
+4
==0 COND
![Page 36: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/36.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir conexión desde MDR al Fichero de Registro
![Page 37: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/37.jpg)
ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir conexión desde TMP al PC
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
+4
==0 COND
![Page 38: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/38.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Incluir conexión desde TMP al PC
![Page 39: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/39.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Escritura en el flanco de bajada para: A, B, TMP, MAR
![Page 40: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/40.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
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LECTURA ESCRITURA
![Page 41: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/41.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Replicar registros C y MDR
![Page 42: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/42.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
1
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I
I
I
I
IF ID EX MEM WB
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IF ID EX MEM WB
IF ID EX MEM WB
IF ID EX MEM WB
LECTURA REGISTRO C DE I2
ESCRITURA REGISTRO C POR I3
![Page 43: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/43.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Replicar Fichero de registros
![Page 44: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/44.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
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ELIMINACIÓN DE RIESGOS ESTRUCTURALES
• Utilizar memoria cache separada para instrucciones y datos
![Page 45: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/45.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
IMPLEMENTANDO LA SEGMENTACION EN DLX
• ELIMINACIÓN DE RIESGOS DE DATOS
– SOLUCIONES.
• SOFTWARE.– REORDENACIÓN.– INSTRUCCIONES NOP.
• HARDWARE.– BLOQUEOS DE LA CADENA.– BYPASS.
– EJEMPLOS.
![Page 46: TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMAS COMPUTADORES](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022030322/5891afbe1a28ab70698bd709/html5/thumbnails/46.jpg)
TEMA 2: PARALELISMO INTERNO EN SISTEMASCOMPUTADORES
SEGMENTACION
IMPLEMENTANDO LA SEGMENTACION EN DLX
• ELIMINACIÓN DE RIESGOS DE DATOS. BYPASS
– Adelantar los resultados obtenidos por las unidades funcionales con el finde evitar posibles ciclos de bloque.
– Bypass en la ALU
– Generalización del Bypass