Pepiline

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Univ ersidade Feder al do Rio de Janei ro Informáti ca DCC/IM

Arquitetura de Computadores II

Pipeline
Gabriel P. Silva

Gabriel P. Silva

Introdução
• Pipeline é uma técnica de implementação de processadores que permite a sobreposição temporal das diversas fases de execução das instruções. • Aumenta o número de instruções executadas simultaneamente e a taxa de instruções iniciadas eterminadas por unidade de tempo. • O pipeline não reduz o tempo gasto para completar cada instrução individualmente.
Gabriel P. Silva

Exemplo
Vamos supor uma lavanderia, em que cada etapa possa ser realizada em 30 minutos: 1)Colocar a roupa na máquina de lavar 2)Depois de lavada, colocá-la na máquina de secar roupa 3)Depois de seca, passar a ferro 4)Depois de passada, arrumá-la no armárioGabriel P. Silva

Exemplo sem Pipeline

Gabriel P. Silva

Exemplo com Pipeline

Gabriel P. Silva

Exemplo
• Supondo-se que cada uma destas etapas leve 30 minutos para ser realizada, a lavagem de um cesto de roupas continuará levando 2 horas para ser realizada. • Entretanto, podemos iniciar a lavagem de um cesto de roupas a cada 30 minutos, até que tenhamos 4 cestos sendo lavadossimultaneamente, um em cada etapa do “pipeline”. • Depois das primeiras 2 horas, teremos um cesto de roupa lavada a cada 30 minutos. Ao final do dia teremos lavado muito mais cestos de roupa do que sem o uso de pipeline.Gabriel P. Silva

Pipeline
• Não melh ora a l atên cia de cada tarefa indivi dual mente. • Melhora o throu gh put de t odo o t rabal ho. • Várias tarefas ex ecut am s im ult aneamen te us ando rec ur so s d if erentes. • Sp ee dup po tenci al = n úmero de estági os d o pip elin e.
Gabriel P. Silva

Arquitetura Básica
REM PC
32 RD = RS1 oper R2

RI Endereço de Desvio 4
32 16 INSTRUÇÃO 5 5 5 #RS1 #RS2 #RD

ENDEREÇO

ENDEREÇO

RD Banco de Registradores (R0  R31) RS1 RS2
32

Barramento de Endereço

+

6

32

Endereço Operando

RDM
DADOS

operU.A.L.

32

Barramento de Dados

UNIDADE DE CONTROLE Gabriel P. Silva

Exemplo de Pipeline de Instruções
• Divisão da Execução da Instrução em 5 estágios: – Busca da Instrução na Memória (B) – Leitura dos Registradores e Decodificação da Instrução (D) – Execução da Instrução / Cálculo do Endereço de Desvio (E) – Acesso a um Operando na Memória (M) – Escrita de um Resultado em umRegistrador (W)
Gabriel P. Silva

Arquitetura Sem Pipeline

Gabriel P. Silva

Arquitetura com Pipeline

Gabriel P. Silva

Exemplo de Instruções
Classe da Instrução Load Word (lw) Store Word (sw) Aritméti-cas (add, sub, and) Branch (beq) Busca da Instrução Leitura Operando Operação da ULA Acesso à Memória Escrita do Resultado Total

2 ns 2 ns 2 ns 2 ns

1 ns 1 ns 1 ns 1 ns

2 ns 2 ns 2ns 2 ns

2 ns 2 ns

1 ns

8 ns 7 ns 6 ns 5 ns

1ns

-

-

Gabriel P. Silva

Exemplo de Instruções comPipeline
Classe da Instrução Load Word (ld) Store Word (sd) Aritméticas (dadd, dsub, and) Branch (beq) Busca da Instrução Leitura Operando Operação da ULA Acesso à Memória Escrita do Resultado Total

2 ns 2 ns 2 ns 2 ns

1 ns 1 ns 1 ns 1 ns

2 ns 2 ns 2 ns 2 ns

2 ns 2 ns1 ns

10 ns 10 ns

1ns

10 ns 10 ns

O tempo do ciclo do relógio é igual a 2 ns.

Gabriel P. Silva

Exemplo de Pipeline de Instruções

SEM PIPELINE

COM PIPELINE

Gabriel P. Silva

Características dos Pipelines de Instrução
• O tempo do ciclo do relógio do processador deve ser igual ou maior que o tempo de execução do estágio mais lento do “pipeline”. • Deve-se procurardividir a execução da instrução em estágios com o mesmo tempo. • O pipeline deve ser mantido sempre “cheio” para que o desempenho máximo seja alcançado. • De um modo geral, com o uso do pipeline, cada instrução ainda leva o mesmo tempo para ser executada. • Algumas instruções contudo podem ter o seu tempo de execução aumentado, pois atravessam estágios em que não realizam P. Silva Gabriel...
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