5. PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS

Transcripción

1 5. PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 1

2 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 1. Introducción 2. Buffer de Predicción de Saltos (BPB) 3. Buffer de Destinos de Saltos (BTB) 4. Predictores Globales 5. Predictores Adaptativos 2

3 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 1. Introducción 3

4 Introducción Los riesgos de control se dan más a menudo que los de datos Mucha influencia en el tiempo de ejecución Vamos a estudiar técnicas que permitan determinar si se va a saltar o no La predicción se hará en la etapa IF 4

5 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 2. Buffer de Predicción de Saltos (BPB) 5

6 Buffer de Predicción de Saltos (BPB) Predice el salto atendiendo a la historia. ETQ1 ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ3 BPB OJO! Puede haber colisiones! Salto No Salto 6

7 Buffer de Predicción de Saltos (BPB) SI Ejecutar la instrucción del salto Se predice saltar? NO Ejecutar la instrucción siguiente SI Buscar la instrucción adecuada Invertir la predicción del buffer Predicción fallada? NO Continuar la ejecución 7

8 Buffer de Predicción de Saltos (BPB) A veces, un solo bit de predicción no da buen resultado. ETQ1 ETQ2 Bcc ETQ2 Bcc ETQ1 x 99 x 1000 El bucle interior salta en 99 ocasiones (y no lo hace en 1) de cada 100. Sin embargo, la predicción no sólo fallará la vez que no salta sino también la siguiente vez que se vuelva a ejecutar la instrucción de salto. Habrá 2000 fallos en vez de los 1000 que cabría esperar! 8

9 Buffer de Predicción de Saltos (BPB) Solución: aumentar la memoria histórica. Se aumenta a dos el número de bits de predicción del BPB y se actúa según el siguiente diagrama de estados: Acierto Predicción de SALTO Fallo Fallo Predicción de SALTO Acierto Fallo Predicción de NO SALTO 01 Acierto Fallo Predicción de NO SALTO 00 Acierto Pueden implementarse predictores de más de 2 bits aunque la práctica ha demostrado que no merecen la pena. 9

10 Buffer de Predicción de Saltos (BPB) No Saltar. Se continúa con la siguiente instrucción y no hay retardo. Predicción en MIPS Saltar. Hasta la fase ID no se conoce la dirección de salto (cuando éste ya se ha resuelto). No se puede evitar el retardo. Para este tipo de procesadores el BPB no tiene utilidad. Solución: Predecir también la dirección a la que saltar. 10

11 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 3. Buffer de Destinos de Saltos (BTB) 11

12 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Predice el salto y la dirección destino. ETQ1 ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ3 ETQ3 BTB Dirección de la última vez que saltó Predictor de 1 bit No está à Predicción de NO salto 12

13 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) IF Enviar PC a memoria y BTB NO Entrada en el BTB? SI ID Enviar el PC predicho NO Ejecución normal Es un salto y se toma? SI NO Se realiza el salto? SI EX Abortar la ejecución errónea y reiniciar lectura de instrucción. Introducir en BTB la dirección del salto y de la instrucción. Abortar la ejecución errónea y reiniciar lectura de instrucción. Eliminar entrada en BTB Ejecución normal 13

14 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Usando el BTB con MIPS, si se acierta no hay retardo. Si se predice NO SALTO y se ACIERTA: BNE ETQ IF ID EX MEM WB XOR R1,R2,R3 IF ID EX MEM WB ETQ AND R1,R2,R3 Si se predice SALTO y se ACIERTA: BNE ETQ IF ID EX MEM WB XOR R1,R2,R3 ETQ AND R1,R2,R3 IF ID EX MEM WB 14

15 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Si se falla la predicción habrá 2 ciclos de retardo. Si se predice NO SALTO y se FALLA: Se predice no salto Se conoce el error de predicción BNE ETQ XOR R1,R2,R3 ETQ AND R1,R2,R3 IF ID EX MEM IF IF WB ID EX MEM WB Se aborta la ejecución No se puede extraer la siguiente instrucción porque hay que actualizar el BTB 15

16 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Si la predicción es de SALTO y se FALLA, el proceso es similar. Se puede ahorrar un ciclo de retardo si se consigue consultar el BTB y modificarlo en un solo ciclo. Dos posibles formas son: Dotar al BTB de un puerto de lectura y otro de escritura para poder superponer ambas operaciones. Dividir la etapa IF en 2 subciclos de forma que en uno se consulte la dirección en el BTB (Lectura) y en otro se actualice (escritura). 16

17 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Se puede añadir un bit de predicción. BTB Permite utilizarlo como si fuera un predictor de 2 bits. Bit de predicción 17

18 Buffer de Destinos de Saltos (BTB) Para los saltos incondicionales se puede utilizar la técnica denominada Branch Folding. En este caso el BTB contiene la instrucción destino del salto en vez de su dirección. BTB AND... ADD... J ETQ IF ETQ AND R1,R2,R3 ID EX MEM WB Se ahorra la etapa IF 18

19 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 4. Predictores Globales 19

20 Predictores Globales BNE ETQ1 BEQ ETQ2 BEQ ETQ3 Los predictores vistos hasta ahora son locales ya que sólo tienen en cuenta información referente a la instrucción de salto objeto de la predicción. BNE ETQ1 BEQ ETQ2 BEQ ETQ3 Los predictores globales, además tienen en cuenta la información sobre otras instrucciones de salto del programa. 20

21 Predictores Globales Se describen mediante el par (G, L) Donde G indica el número saltos globales a evaluar y L el número de bits del predictor local. Los predictores locales que hemos visto hasta ahora se pueden considerar: (0, 1) à predictor de 1 bit (0, 2) à predictor de 2 bits 21

22 Predictores Globales Predictor (1, 1) ETQ1 ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ3 ETQ El último salto global se tomo? SI NO Predicción de 1 bit 22

23 Predictores Globales Predictor (1, 2) ETQ1 ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ3 ETQ El último salto global se tomo? SI NO Predicción de 2 bits 23

24 Predictores Globales Predictor (2, 2) ETQ1 ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ Bcc ETQ3 ETQ Se tomaron los 2 últimos saltos globales? NO NO NO SI SI NO SI SI

25 PREDICCIÓN DINÁMICA DE SALTOS 5. Predictores Adaptativos 25

26 Predictores Adaptativos Dependiendo de los programas a ejecutar, habrá veces en las que funcionará mejor un predictor que otro. Los predictores adaptativos tienen la capacidad de adaptarse a la situación eligiendo el tipo de predictor más adecuado a cada situación, por ejemplo, local o global. Se hace implementando un diagrama de estados como el del ejemplo que se muestra a continuación. Las transiciones se muestran con pares con el siguiente significado: Evento del predictor A ( X, Y ) Evento del predictor B A à Acierto F à Fallo 26

27 Predictores Adaptativos ( F, F ) ( A, F ) ( A, A ) ( F, F ) ( F, A ) ( A, A ) Utilizar Predictor A Utilizar Predictor B ( A, F ) ( F, A ) ( A, F ) ( F, A ) Utilizar Predictor A ( F, A ) ( A, F ) Utilizar Predictor B ( F, F ) ( A, A ) ( F, F ) ( A, A ) 27