path: root/aoc/n2.lyx

#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
\lyxformat 544
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\begin_body

\begin_layout Standard
Para reducir por debajo de 1 los CPI de un núcleo del procesador, debemos
 lanzar y ejecutar varias instrucciones en cada ciclo de reloj, pero esto
 implica más presión sobre la memoria y los registros, más posibilidad de
 riesgos, más área de silicio y más consumo.
 Distinguimos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Arquitecturas superescalares
\series default
: Lanzan un número variable de instrucciones por ciclo, de 0 a 8.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
VLIW
\series default
 (
\series bold
\emph on
\lang english
Very Long Instruction Word
\series default
\emph default
\lang spanish
): En cada ciclo se carga una 
\series bold
macro-instrucción
\series default
, formada por varias instrucciones independientes agrupadas por el compilador.
 El 
\emph on
\lang english
hardware
\emph default
\lang spanish
 es más simple, lo que permite una mayor frecuencia de reloj y un menor
 consumo, pero no se beneficia de las técnicas de planificación dinámica
 y el código suele ser más grande e incompatible entre distintas versiones
 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
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
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
estado de los registros
\series default
, 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

\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

\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 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

\series bold
Obtención de instrucciones
\series default
 (
\series bold
IF
\series default
, 
\series bold
F
\series default
, 
\emph on
\lang english
Instruction Fetch
\emph default
\lang spanish
): 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

\series bold
Decodificación
\series default
 (
\series bold
ID
\series default
, 
\series bold
D
\series default
, 
\emph on
\lang english
Instruction Decode
\emph default
\lang spanish
): 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
Emisión
\series default
 (
\series bold
\emph on
\lang english
Issue
\series default
\emph default
\lang spanish
): 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

\series bold
Ejecución
\series default
 (
\series bold
EX
\series default
, 
\series bold
X
\series default
, 
\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

\series bold
Pos-escritura
\series default
 o 
\series bold
escritura
\series default
 (
\series bold
WB
\series default
, 
\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 y las ER, y se libera la ER.
 Los almacenamientos no hacen nada.
\end_layout

\begin_layout Enumerate

\series bold
Confirmación
\series default
 (
\series bold
\emph on
\lang english
Commit
\series default
\emph default
\lang spanish
): 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
\end_document