Circuitos Digitales II The General Computer Architecture The Pipeline Design Semana No.11 Semestre...
-
Upload
sans-leanos -
Category
Documents
-
view
1 -
download
1
Transcript of Circuitos Digitales II The General Computer Architecture The Pipeline Design Semana No.11 Semestre...
Circuitos Digitales IICircuitos Digitales II
The General Computer Architecture
The Pipeline DesignSemana No.11Semana No.11
Semestre 2008-2Semestre 2008-2
Prof. Gustavo PatiñoProf. Gustavo Patiñ[email protected]
Prof. Eugenio DuqueProf. Eugenio [email protected]
Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica
Facultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Some Unsolved Questions When we defined multicycle, did we also define
pipeline ? Multicycle is pipeline ? Or, pipeline is multicycle ?
So, what does translate “pipeline” ? What conditions must be met by the inter-stage registers
in order to guaranty pipeline ? What is the relation between pipeline and parallelism? Currently, which are the trends in the pipeline
paradigm ?
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Pipeline
La segmentación de instrucciones es similar al uso de una cadena de montaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de
varias etapas de producción antes de tener el producto terminado.
Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad.
Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors o procesadores con segmentación encausada.
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
The Pipelined MIPS The Pipelined MIPS ProcessorProcessor
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Sequential Versus Pipelined Sequential Versus Pipelined ExecutionExecution
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Speed Advantage of the Speed Advantage of the PipelinePipeline
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Pipeline StagesPipeline Stages
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Overlapped Pipeline Overlapped Pipeline ExecutionExecution
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Single-Cycle DatapathSingle-Cycle Datapath
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Single-Cycle Datapath with Single-Cycle Datapath with Pipeline RegistersPipeline Registers
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (1)Pipeline (1)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (2)Pipeline (2)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (3)Pipeline (3)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (4)Pipeline (4)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (5)Pipeline (5)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Adding ControlAdding Control
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Full Pipeline Design with Full Pipeline Design with Control LinesControl Lines
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Example: Example: The Pipeline in The Pipeline in ActionAction
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Pipeline Processor Operation Pipeline Processor Operation SummarySummary
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Problems to be analyzed in the next class
Hazards Data Hazard Control Hazard Solutions
Forwarding Stalls
Problems with Branch
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Hazards
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Hazards (…cont)
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Data Hazard in the Pipeline
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Control Hazard in the Pipeline
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Forwarding as a Solution to Data Hazards
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Forwarding Unit in the Pipeline
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Forwarding Unit Operation
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Stalls
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Result of Stall Approach
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia
2008-2
Result of Stall Approach (…cont)