La tecnica pipeline
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La Tecnica PIPELINE. Il DLX - Pipeline. Unità Operative. Speed – Up: N. meno complesse meno costose facilmente riproducibili. dopo una latenza NxT completo ogni processo in un tempo T. Unità di Controllo. Architettura. centralizzato non troppo complesso. complessità proporzionale a N.

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Presentation Transcript


La tecnica pipeline

La Tecnica PIPELINE

Il DLX - Pipeline


Significato

Unità Operative

Speed – Up: N

meno complesse

meno costose

facilmente riproducibili

dopo una latenza NxT completo ogni processo in un tempo T

Unità di Controllo

Architettura

centralizzato

non troppo complesso

complessità proporzionale a N

Significato

Pipelinecome unaCatena di Montaggio

N: num Unità Operative

T: tempo massimo per operazione

Henry Ford, proprietario dell’omonima fabbrica automobilistica di Detroit, nel 1927 costruisce la prima catena di montaggio

Unità

operative

Invece di utilizzare piu unità operative specializzate su tutte le fasi dell’intero processo impiega più unità operative indipendenti, non interscambiaili e specializzate su diverse fasi dell’intero processo


Significato1

Significato

Pipelinecome unaCatena di Montaggio

Il processore è costruito da più Unità Differenti e Indipendentiche lavorano:

  • in Parallelo su fasi differenti di istruzioni differenti

  • in Serie su diverse fasi dell’esecuzione della medesima istruzione

    Ogni unità preleva dall’unità precedente l’istruzione trasformata e latrasformaulteriormente passandola all’unità successiva

Programma

Risultato dell’esecuzione

4Istr.

3

3Istr.

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

2Istr.

1

4

2 Istr.

3 Istr.

6 Istr.

1 Istr.

4 Istr.

5 Istr.

4 Istr.

5 Istr.

3 Istr.

2 Istr.

1 Istr.

1 Istr.

2 Istr.

4 Istr.

3 Istr.

2 Istr.

3 Istr.

1 Istr.

1 Istr.

2 Istr.

2

1 Istr.

5

1

1

4

3

2

5

5

4

2

3

Processore Pipeline con 5 unità operative parallele

Le diverse Fasi dell’Esecuzione le possiamo identificare in corrispondenza delle differenti unità o macro unità hardware (Memoria, ALU, Registri ...) interessate dall’esecuzione dell’istruzione


Gestione della pipeline

3

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

1

4

2

5

3

3

3

NO

1

1

1

4

4

4

3

3

3

3

3

3

3

2

2

2

5

5

5

1

1

1

1

1

1

1

4

4

4

4

4

4

4

2

2

2

2

2

2

2

5

5

5

5

5

5

5

T

T

T

Gestione della Pipeline

Presupposti Operativi: Sincronismo

Contesto

Sincrono

La Fase 3 più Lenta fissa la latenza T anche per le altre Fasi


Fase unione di pi fasi atomiche

Bilanciamento delle Fasi

3

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

4

1

2

5

1’

3’

Fase unione di più fasi atomiche

2’

Fasi Bilanciate e Non Atomiche

Hardware più semplice (costruisco 3 fasi indipendenti)

Basso Speed-Up (sovrappongo fino a 3 istruzioni)

UNDER – Pipeline (DSP)


Sottofasi come scomposizione di fasi

Bilanciamento delle Fasi

3

Fasi Non Bilanciate e non Atomiche

4

1

2

5

2

1a

1b

4a

3a

3b

3c

4b

5

SottoFasi come scomposizione di Fasi

Fasi Bilanciate e Atomiche

Hardware più complesso (costruisco 9 fasi indipendenti)

Alto Speed-Up (sovrappongo fino a 9 istruzioni)

SUPER – Pipeline


Ridondanza hardware

Bilanciamento delle Fasi

3

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

4

1

2

5

3

3

4

1

2

5

Ridondanza Hardware

Duplico le risorse ma ne Dimezzo la latenza

Aumenta lo Speed-Up

Complico poco l’architettura


La tecnica pipeline

Vantaggi

La tecnica pipeline (con K fasi) al crescere del numero di istruzioni (N>>K) impiega un tempo complessivo di esecuzione N x T (dove T è il tempo di fase)

T minimo è intimamente legato alla tecnologia utilizzata

Ridurre il tempo di fase T (aumentando la lunghezza della pipeline k oppure utilizzando la ridondanza hardware) fa aumentare lo Speed-Up del processore


La tecnica pipeline

Svantaggi

Aumentare la lunghezza della pipeline k fa sì aumentare lo Speed-Up del processore ma:

Conflitti

Aumenta il numero di Conflitti (rallentandone l’esecuzione)e aumenta la Gestione del processore (che volutamente non risolve ogni tipo di conflitto)


Architettura pipeline vector processor

Architettura PipelineVECTOR Processor

Calcolo Vettoriale su CPU Pipeline:

DLX

DSP-TI

Calcolo eseguito

su CPU parallela

Calcolo eseguito

su CPU pipeline


Il processore deluxe dlx

Il processore Deluxe - DLX

Architettura Pipeline a 5 fasi


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