Arquitectura y Tecnología de Computadores (09/10) Procesadores Segmentados y Superescalares

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José María Flores Jiménez
hace 8 años
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1 Arquitectura (09/10) Procesadores Segmentados y Superescalares Motivación: Qué implican la segmentación y el paralelismo en el procesador? Qué mejoras rendimiento son alcanzables con ellas? Qué problemas surgen con la segmentación y como se enfrentan? Qué técnicas rivan la segmentación? Cómo se organiza un procesador superescalar? 1

Qué mejoras rendimiento son alcanzables con ellas?

2 Arquitectura (09/10) Procesadores Segmentados y Superescalares Segmentación y Paralelismo Segmentación un Procesador Parámetros fundamentales rendimiento con segmentación Tipos Segmentación Riesgos la Segmentación. Rendimiento real obtenido Riesgos estructurales Riesgos por penncias datos Riesgos control Segmentación avanzada. Procesadores Superescalares 2

3 Arquitectura (09/10) Segmentación (Pipelining) Ejemplo: hacer la colada (cuatro cargas ropa para lavar, secar, planchar y colocar) A B C D Lavar lleva 30 minutos Secar lleva 30 minutos Planchar lleva 30 minutos Colocar lleva 30 minutos 3

planchar y colocar) A B C D Lavar lleva 30 minutos Secar

4 Arquitectura (09/10) Colada secuencial 6 PM AM A Tiempo B C D La colada secuencial para cuatro cargas lleva 8 horas Si aplicásemos la técnica segmentación cuánto llevaría? 4

5 Arquitectura (09/10) Colada con Segmentación 6 PM Tiempo A B C D La colada con segmentación para cuatro cargas lleva 3,5 horas 5

30 30 30 30 Tiempo A B C D La colada con

6 Arquitectura (09/10) Segmentación: conclusiones 6 PM Tiempo A B C D La segmentación no reduce la latencia, sino que aumenta la productividad Las múltiples tareas concurrentes utilizan diferentes recursos Ganancia potencial = 6

7 Arquitectura (09/10) Paralelismo 6 PM A B C D Tiempo El paralelismo no reduce la latencia, sino que aumenta la productividad Las múltiples tareas concurrentes utilizan diferentes recursos Ganancia potencial = 7

8 Arquitectura (09/10) Segmentación un Procesador Cauce ejecución instrucciones segmentado I4, I3, I2, I1 F T I4, I3, I2, I1 F1 F2 F3 F4 t Etapas 4 etapas 4 instrucciones ejecutadas Ejemplo: F1: BI, F2: DEC, F3: BO, F4: EJ F4 I1 I2 I3 I4 F3 I1 I2 I3 I4 F2 I1 I2 I3 I4 F1 I1 I2 I3 I Ciclos 8

Etapas 4 etapas 4 instrucciones ejecutadas Ejemplo: F1: BI, F2: DEC, F3:

9 Arquitectura (09/10) Segmentación un Procesador Nivel al que se explota el paralelismo Entre instrucciones un flujo secuencial Ventaja importante respecto a otras técnicas (vectorización / multiprocesamiento) Invisible al programador Aspectos importantes Equilibrado l cauce ejecución instrucciones Tiempos etapas diferentes etapa cuello botella G = Implementación l cauce ejecución instrucciones Funcionamiento síncrono 9

multiprocesamiento) Invisible al programador Aspectos importantes Equilibrado l cauce ejecución

10 Arquitectura (09/10) Equilibrado un Cauce Segmentado F1 F2 F3 t 3t t F2 = cuello botella G = F1 F21 F22 F23 F3 t t t t t Cauce Equilibrado G = F2 F1 t F2 F3 t Cauce Equilibrado G = F2 t 10

11 Arquitectura (09/10) Implementación un Cauce Segmentado Etapas Registros Segmentación F1 F2 Fn t1 retardo t2 retardo tn retardo 11

12 Arquitectura (09/10) Parámetros fundamentales Rendimiento con Segmentación I4, I3, I2, I1 F1 F2 F3 F4 k Etapas F4 F3 F2 F1 4 etapas (k) 4 instrucciones ejecutadas (n) I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 Ganancia = Eficiencia = Productividad = n >> k Ganancia = Eficiencia = Productividad = Ciclos k n-1 12

(n) I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 I1 I2 I3 I4 Ganancia = Eficiencia =

13 Arquitectura (09/10) Tipos Segmentación Encauzada EJ 1 EJ 2 EJ 3 Encauzamiento Aritmético (Segmentación ALU) BI DEC BO EJ Encauzamiento Instrucciones (Segmentación CPU) FD FD FD FD CPU 1 CPU 2 CPU 3 FI FI FI Encauzamiento procesadores (Arquitectura MISD) FI = FD = 13

Encauzamiento Instrucciones (Segmentación CPU) FD FD FD FD CPU 1

14 Arquitectura (09/10) Ejemplo Unidad Aritmética Segmentada Suma en punto flotante Resta exponentes y selección l dato menor exponente Desplazamiento a la recha la mantisa con menor exp. hasta igualar exp. Suma las mantisas Normalización l resultado Obtención l nº dígitos significativos a la izquierda l punto cimal Desplazamiento a la recha la mantisa suma (incrementando el exponente) tantos lugares como nº dígitos significativos 14

Suma las mantisas Normalización l resultado Obtención l nº dígitos significativos a la izquierda l punto

15 Arquitectura (09/10) Unidad Suma en Punto Flotante Segmentada Dato A Dato B Exp Mantisa Exp Mantisa COMPARADOR SELECTOR Etapa 1 Mayor EXP Mantisa con mayor EXP Mantisa con menor EXP Diferencia EXP Desplazador a la recha Nº Desplazamientos Etapa

600 10 3 Exp Mantisa COMPARADOR SELECTOR Etapa 1 Mayor EXP Mantisa con

16 Arquitectura (09/10) Unidad Suma en Punto Flotante Segmentada Calculo Nº digitos a la izquierda Etapa Exp Mantisa Resultado 16

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