La Tecnica PIPELINEIl DLX - Pipeline

SignificatoPipeline come una Catena di Montaggio

meno complessemeno costose

facilmente riproducibili

Unità Operative

centralizzatonon troppo complesso

Unità di Controllo

dopo una latenza NxT completo ogni processo

in un tempo T

Speed – Up: N

complessità proporzionale a N

Architettura

Henry Ford, proprietario dell’omonima fabbrica

automobilistica di Detroit, nel 1927 costruisce la

prima catena di montaggio

N: num Unità OperativeT: tempo massimo per operazione

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

Unitàoperative

543

Significato

21

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

Il processore è costruito da più Unità Differenti e Indipendenti che 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 la trasforma ulteriormente passandola all’unità successiva

Pipeline come una Catena di Montaggio

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

Risultato dell’esecuzione

Programma

Processore Pipeline con 5 unità operative parallele

1 Istr.2 Istr.

3 Istr.4 Istr.

123412345 5

1 Istr. 1 Istr. 1 Istr. 1 Istr. 1 Istr.2 Istr.3 Istr. 2 Istr.4 Istr. 3 Istr. 2 Istr.5 Istr. 4 Istr. 3 Istr. 2 Istr.6 Istr. 5 Istr. 4 Istr. 3 Istr. 2 Istr.

Gestione della Pipeline

5432154321

54321

41 2 3 541 2 3 5

41 2 3 541 2 3 5

41 2 3 541 2 3 5

NO

54321

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

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

Fasi

ContestoSincrono

41 2 3 5T T T

Presupposti Operativi: Sincronismo

54321

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

Hardware più semplice (costruisco 3 fasi indipendenti)Basso Speed-Up (sovrappongo fino a 3 istruzioni)

3’

Fasi Bilanciate e Non Atomiche

Fase unione di più fasi atomiche

Bilanciamento delle Fasi

2’1’

UNDER – Pipeline (DSP)

54321

Fasi Non Bilanciate e non Atomiche

Hardware più complesso (costruisco 9 fasi indipendenti)Alto Speed-Up (sovrappongo fino a 9 istruzioni)

Fasi Bilanciate e Atomiche

SottoFasi come scomposizione di Fasi

Bilanciamento delle Fasi

SUPER – Pipeline

54b4a3c3b3a21b1a

543

321

Duplico le risorse ma ne Dimezzo la latenza

Ridondanza Hardware

Bilanciamento delle Fasi

54321

Fasi Non Bilanciate e Atomiche

Aumenta lo Speed-Up Complico poco l’architettura

VantaggiLa 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)

Ridurre il tempo di fase T (aumentando la lunghezza della pipeline k oppure utilizzando la ridondanza

hardware) fa aumentare lo Speed-Up del processore

T minimo è intimamente legato alla tecnologia utilizzata

SvantaggiAumentare la lunghezza della pipeline k fa sì

aumentare lo Speed-Up del processore ma:

Aumenta il numero di Conflitti (rallentandone l’esecuzione) e aumenta la Gestione del processore (che

volutamente non risolve ogni tipo di conflitto)

Conflitti

Architettura PipelineVECTOR Processor

Calcolo Vettoriale su CPU Pipeline:

Calcolo eseguitosu CPU parallela

Calcolo eseguitosu CPU pipeline

DSP-TI

DLX

Il processore Deluxe - DLXArchitettura Pipeline a 5 fasi