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Unidad 2: Segmentación

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2.7. Dependencias de Datos. Unidad 2: Segmentación. Docente: Ing. José Díaz Chow. Clases anteriores: Procesador segmentado adelanta la ejecución. Dependencias inherentes al solapamiento. Riesgos por dependencias: Estructurales Datos Control. Preámbulo.

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pre mbulo

Clases anteriores:

  • Procesador segmentado adelanta la ejecución.
  • Dependencias inherentes al solapamiento.
  • Riesgos por dependencias:
      • Estructurales
      • Datos
      • Control
Preámbulo
unidad 2 segmentaci n1

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducción de LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
objetivos

Explicarlos riesgosde la segmentaciónasociados a lasdependencias de datos.

  • Clasificar los tipos de dependencias de datos y determinar en quécondicionespuedenrepresentarriesgos a los procesadoressegmentados.
  • Proponeralternativas de diseño para minimizarlaslatenciasporDependencias de Datos.
Objetivos
  • Explicarlastécnicasque se emplean para garantizar la coherencia de la ejecución en casos de Dependencias de datos.
unidad 2 segmentaci n2

Contenido:

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducción de LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
conceptos b sicos 1 3

Instrucciones en los programas establecen una R de dependencia en los datos

  • P.Ej: Orden lógico (algoritmo), Precedencia.
  • Lecturas y escrituras deben mantener un orden
  • Dos niveles:
      • Programa a Alto Nivel (Compilador)
      • Programa a Bajo Nivel (CPU)
Conceptos Básicos (1/3)
conceptos b sicos 2 3

Ejemplo: A = A + B * C

Compilador A = R10, B = R11, C = R12, Tmp = R21

MULT R21, R11, R12

ADD R10, R10, R21

Conceptos Básicos (2/3)
conceptos b sicos 3 3

Tipos de Dependencias de Datos:

  • Instrucciones son funciones (D,R)

D(i) D(j)  (RAR: No riesgo, RequisitosEstruct.)

D(i) R(j)  (WAR: No en DLX - ejecución en orden)

R(i) D(j)  (RAW: Problematípico. Ejemplo)

R(i) R(j) (WAW: No en DLX, solo escribe en Wb)

Conceptos Básicos (3/3)

j = i + n | n  E+

unidad 2 segmentaci n3

Contenido:

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducciónde LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
riesgos por dep de datos

Regresemos a nuestro ejemplo:

  • Incoherencias = Resultados equivocados
          • - Prohibitivo. Requiere Bloqueo
Riesgos por Dep. de Datos
  • Latencias = Pérdida de eficiencia
          • - Mejoras de Diseño
unidad 2 segmentaci n4

Contenido:

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducción de LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
reducci n de latencias 1 4

Posibles latencias:

Reducción de latencias (1/4)
  • Si Tressuficiente (WB escriba antes que D/L lea), la 4ta latencia no existe.
reducci n de latencias 2 4

Forwarding, bypassing o cortocircuito

Técnica de diseño que consiste en proporcionar el resultado, inmediatamente esté disponible.

  • En el DLX, los resultados están disponibles al final de la etapa ALU (Permite elimina latencia 1)
Reducción de latencias (2/4)
  • De la S(ALU) pasan al MAR y de S(MAR) al MDRin (Elimina latencia 2 y 3)
reducci n de latencias 3 4

Aplicando Forwarding:

Reducción de latencias (3/4)

OP(i) – OP(i+1) : S(ALU)  E(A)|E(B)

OP(i) - OP(i+2) : S(MAR)  E(A)|E(B)

OP(i) - OP(i+3) : S(MDRin)  E(A)|E(B)

reducci n de latencias 4 4

Forwarding no resuelve todos los casos

Ejemplo: LOAD(i) – OP(i+1)

Reducción de latencias (4/4)

- Impráctico buscar que S(MEM) E(ALU)

unidad 2 segmentaci n5

Contenido:

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducción de LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
t cnicas de bloqueo 1 2

No todos los segmentados implementan Forwarding. Bloqueo es indispensable.

  • En caso de latencias obligatorias, es necesario garantizar la coherencia mediante bloqueo.
  • Dos tratamientos:
      • Hardware (CU)
      • Software (Compiladores y Programador)
Técnicas de Bloqueo (1/2)
t cnicas de bloqueo 1 21

Tratamiento por Hardware:

  • Interlock, bloqueo por Hardware o burbuja.

- Detección de dependencias en la UC.

  • En el DLX :
      • NOP en IR2
      • Bloquearcarga del IR: Ld_IR
      • Bloquearcarga del PC: Ld_PC
Técnicas de Bloqueo (1/2)
t cnicas de bloqueo 2 2

Tratamiento por Software:

  • Compilador optimizador introduce NOPs
  • Compilador optimizador reordena código
  • Programador usa NOPs en Assembler
Técnicas de Bloqueo (2/2)
  • Programador reordena código en Assembler
unidad 2 segmentaci n6

Contenido:

2.7 Dependencias de Datos

  • ConceptosBásicos
  • Riesgospordependencias de datos
  • Reducciónde LatenciasmedianteDiseño
  • Técnicas de Bloqueo
  • Datapath del DLX con DD corregidas
Unidad 2: Segmentación
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