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@@ -93,23 +93,7 @@ Para reducir por debajo de 1 los CPI de un núcleo del procesador, debemos \series bold Arquitecturas superescalares \series default -: Lanzan un número variable de instrucciones por ciclo, de 0 a 8, planificadas - de forma -\series bold -estática -\series default - por el compilador y -\series bold -dinámica -\series default - por el -\emph on -\lang english -hardware -\emph default -\lang spanish -. - La ejecución puede ser en orden o fuera de orden, especulativa o no. +: Lanzan un número variable de instrucciones por ciclo, de 0 a 8. \end_layout \begin_layout Itemize @@ -142,38 +126,172 @@ hardware del procesador, por lo que actualmente está casi en desuso. \end_layout +\begin_layout Section +Planificación +\end_layout + +\begin_layout Standard +Aunque la mayoría de compiladores reordenan las instrucciones para intentar + evitar riesgos, estos todavía pueden producirse. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un núcleo con arquitectura superescalar tiene planificación +\series bold +estática +\series default + si, cuando encuentra un riesgo, detiene el cauce hasta que el riesgo desaparece +, y tiene planificación +\series bold +dinámica +\series default + si reordena las instrucciones para evitar detenciones, lo que aumenta la + velocidad y reduce la necesidad del compilador de conocer la microarquitectura + a cambio de necesitar más recursos. + Con planificación dinámica, la ejecución es fuera de orden, y la terminación + puede ser en orden o fuera de orden. + La predicción de saltos es +\series bold +estática +\series default + si siempre predice el mismo resultado para el mismo salto o +\series bold +dinámica +\series default + en otro caso. +\end_layout + \begin_layout Standard -Un núcleo superescalar tiene un sistema de memoria de alto rendimiento y - unidades funcionales redundantes, que administra con técnicas como: +Los núcleos superescalares normalmente tienen un sistema de memoria de alto + rendimiento y unidades funcionales redundantes, que administra con técnicas + como planificación dinámica, ejecución especulativa para mitigar riesgos + de control y renombrado de registros para mitigar las dependencias de nombre. +\end_layout + +\begin_layout Section +Algoritmo de Tomasulo +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +algoritmo de R. + M. + Tomasulo +\series default + de 1971 es un método de planificación dinámica con renombrado de registros. + En su versión con terminación en orden, usa: \end_layout \begin_layout Itemize -Renombrado de registros para eliminar las dependencias de nombre. +Una +\series bold +cola de instrucciones +\series default + a decodificar, que también suaviza los fallos de caché. \end_layout \begin_layout Itemize +Un +\series bold +\emph on +\lang english +buffer +\emph default +\lang spanish + de re-ordenación +\series default + ( +\series bold +ROB +\series default +, +\emph on +\lang english +Re-Order Buffer +\emph default +\lang spanish +), un +\emph on +\lang english +buffer +\emph default +\lang spanish + FIFO circular que almacena las instrucciones en curso +\begin_inset Foot +status open +\begin_layout Plain Layout +Si el procesador usa micro-instrucciones, serán estas las que se añadan + al ROB. +\end_layout + +\end_inset + + y, cuando terminan de ejecutarse, también el valor calculado por ellas + si lo hay, así como las excepciones que surjan. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Un \series bold -Planificación dinámica +estado de los registros \series default -: Reorganizar la secuencia de instrucciones separando la decodificación - de la comprobación de dependencias y la emisión. +, que indica si el último valor de cada registro se debe tomar del ROB y, + en tal caso, de qué entrada. + \end_layout \begin_layout Itemize -Ejecución fuera de orden para mitigar la degradación de rendimiento por - dependencias de datos. + +\series bold +Estaciones de reserva +\series default + ( +\series bold +ER +\series default +): Tablas asociadas a un grupo de unidades funcionales con las instrucciones + por ejecutar por dicho grupo, dados por un código de instrucción, la entrada + del ROB correspondiente y, para cada operando, su valor o la entrada del + ROB que lo producirá. \end_layout \begin_layout Itemize -Ejecución especulativa para mitigar los riesgos de control. + +\series bold +\emph on +\lang english +Buffer +\emph default +\lang spanish + de carga +\series default +: Tabla con una serie de direcciones a cargar junto con la entrada del ROB + en la que cargarla. \end_layout -\begin_layout Standard -\begin_inset Separator plain -\end_inset +\begin_layout Itemize +\series bold +Bus de resultados +\series default + ( +\series bold +CDB +\series default +, +\emph on +\lang english +Common Data Bus +\emph default +\lang spanish +): Para transmitir los resultados al ROB y los ERs, implementando el adelantamie +nto. +\end_layout +\begin_layout Standard +Las instrucciones se segmentan en 6 etapas: \end_layout \begin_layout Enumerate @@ -185,20 +303,19 @@ Obtención de instrucciones \series bold IF \series default -): Lee varias instrucciones por ciclo en orden y las añade a una +, \series bold -cola de instrucciones +F \series default -, que suaviza los fallos de la caché de instrucciones. - También hace +, \emph on \lang english -prefetching +Instruction Fetch \emph default \lang spanish - de instrucciones. - La predicción de saltos de puede hacer aquí o en ID, y es estática si siempre - se predice el mismo comportamiento para el mismo salto o dinámica si no. +): Lee varias instrucciones por ciclo en orden y las añade a la cola de + instrucciones. + La predicción de saltos se puede hacer aquí o en ID. \end_layout \begin_layout Enumerate @@ -210,33 +327,36 @@ Decodificación \series bold ID \series default -): Decodifica varias instrucciones por ciclo en orden para conocer su tipo, - las añade decodificadas en una -\series bold -ventana de instrucciones -\series default - y renombra los registros para evitar riesgos. - Si se quiere terminación en orden se almacenan las instrucciones en un - +, \series bold -ROB +D \series default - ( -\emph on -\lang english -Re-Order Buffer -\emph default -\lang spanish -), un +, \emph on \lang english -buffer +Instruction Decode \emph default \lang spanish - circular FIFO que almacena las instrucciones y posteriormente los resultados - hasta que se escriben en orden. +): Decodifica varias instrucciones por ciclo para conocer su tipo, en orden. + Si hay una entrada libre en el ROB y una en el ER para la instrucción, + añade la instrucción al ROB y al ER. + Para cada operando, carga el valor en el ER desde el ROB o el banco de + registros según indique el estado del registro o, si este no ha sido calculado, + el número de la entrada del ROB donde estará. + Finalmente guarda el número de la entrada del ROB en el estado del registro + de destino, si lo hay. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Standard +Los algoritmos con terminación fuera de orden usan una +\series bold +ventana de instrucciones +\series default + en vez de un ROB. \end_layout +\end_deeper \begin_layout Enumerate \series bold @@ -250,11 +370,15 @@ Issue \series default \emph default \lang spanish -): Se comprueba que los operandos y recursos (unidades funcionales y puestos - de E/S) de cada instrucción estén disponibles y, cuando lo están, se manda - a ejecutar la instrucción. - Puede ser fuera de orden, permitiendo que instrucciones cuyos operandos - y recursos estén disponibles adelanten a otras más antiguas. +): Fuera de orden. + Para cada ER, si un operando no está disponible, espera a que llegue por + el CDB para guardarlo en la ER. + En otro caso, si hay una unidad funcional disponible, le envía los operandos + para que ejecute la instrucción, y si no la hay espera. + Hay que asegurar que dos ERs no puedan enviar a la misma unidad funcional + a la vez. + Como mejora, se pueden usar técnicas como la predicción de valor o la reutiliza +ción de valores. \end_layout \begin_layout Enumerate @@ -270,15 +394,27 @@ EX \series bold X \series default -): Fuera de orden, con varias unidades funcionales de cada tipo a ser posible - totalmente segmentadas. - Para que la latencia sea lo menor posible, se usa -\series bold -adelantamiento -\series default -, difundiendo el resultado de una operación a las pendientes tan pronto - esta termina, y técnicas como la predicción de valor o la reutilización - de valores. +, +\emph on +\lang english +Execute +\emph default +\lang spanish +): Fuera de orden, preferiblemente con varias unidades funcionales de cada + tipo totalmente segmentadas, y llevando la cuenta de cuál es el destino + de la instrucción. + Los almacenamientos solo calculan la dirección. + Las cargas se dividen en las etapas X1, en que se calcula la dirección + de memoria, y X2, en que se accede a memoria, separadas por el +\emph on +\lang english +buffer +\emph default +\lang spanish + de carga. + Antes de una carga, se debe esperar a que los almacenamientos anteriores + en el ROB terminen, o a que se conozca su dirección de memoria y puede + que su valor, para evitar riesgos RAW de memoria. \end_layout \begin_layout Enumerate @@ -286,15 +422,29 @@ adelantamiento \series bold Pos-escritura \series default + o +\series bold +escritura +\series default ( \series bold WB \series default -): Se difunden los resultados sobre un +, +\series bold +W +\series default +, +\emph on +\lang english +Write-Back +\emph default +\lang spanish +): Se difunden los resultados al \series bold bus de resultados \series default -, actualizando el ROB, del que otras instrucciones pueden tomar sus operandos. +, actualizando el ROB y las ER, y se libera la ER. Los almacenamientos no hacen nada. \end_layout @@ -311,14 +461,20 @@ Commit \series default \emph default \lang spanish -): Actualiza el estado de la máquina (registros y almacenamientos en memoria) - en orden de programa desde el ROB, comprobando también las excepciones. - La terminación en orden facilita deshacer las instrucciones mal especuladas - y tratar las excepciones.` -\end_layout - -\begin_layout Section -Algoritmo de Tomasulo +): Toma varias instrucciones del ROB por ciclo, en orden. + Si una causa una excepción, vacía el ROB con las instrucciones siguientes, + guarda el contador de programa para la siguiente instrucción e invoca a + una rutina de manejo de excepciones. + En otro caso, si el estado del registro de destino indica la misma entrada + del ROB, escribe el resultado al banco de registros y borra el estado del + registro; si es un almacenamiento, escribe el dato en memoria, normalmente + a través de un +\emph on +\lang english +buffer +\emph default +\lang spanish + de almacenamiento, y finalmente borra la entrada del ROB. \end_layout \end_body |