Hazards de Pipeline - Conceitos
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O documento discute os conceitos de pipeline e hazards no contexto da arquitetura de computadores. Explica que a técnica de pipeline permite sobrepor a execução de instruções para melhorar o desempenho. No entanto, algumas combinações de instruções podem causar problemas conhecidos como hazards, que interrompem o fluxo do pipeline. Há três tipos de hazards: estruturais, de dados e de controle.
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- 1. HAZARDS DE PIPELINE Engenharia de Computação Universidade Estadual de Ponta Grossa – Paraná Arquitetura e Organização de Computadores Professor: Dr. Marcos Monteiro Neoli G. da Silva – Caio Campos – Lucas Martins
- 2. PIPELINIG Técnica de implementação em que várias instruções são sobrepostas na execução. A técnica é praticamente universal hoje.
- 3. Pipeline: Oleoduto. A ideia é de envio de instruções a seu destino como se elas estivessem sendo canalizadas por vários tubulações lado a lado. Então são tratadas nesse destino um pouco de cada uma, passando a impressão de que o computador está tratando de tudo ao mesmo tempo. Isso ocorre porque tudo se dá em frações muito pequenas de segundos, que a percepção humana não consegue acompanhar. PIPELINE
- 4. Por exemplo, se você está lendo um PDF, assistindo um vídeo e instalando um programa, tudo ao mesmo tempo. O computador executa uma pequena parte de cada tarefa por vez. No entanto, esse processo ocorre tão rápido que nossos sentidos, como visão e audição, não conseguem perceber. Temos a impressão de que tudo está sendo processado no mesmo instante. PIPELINE
- 5. ESTÁGIOS EM PIPELINE Lavar – Secar – Passar - guardar - Colocar a trouxa de roupa suja na secadora; - Assim que a lavadora terminar com a primeira, coloque-a na secadora e coloque a segunda trouxa na máquina. - Quando a primeira trouxa estiver seca, coloque-a para passar e coloque a segunda na secadora e a terceira na máquina de lavar. E assim por diante, até que cada processo esteja terminado... ...
- 8. Há situações em Pipeline que a próxima instrução não pode ser executada no ciclo de clock seguinte. Esses eventos são chamados HAZARDs. ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar Há três tipos de Hazards.
- 9. O hardware não pode admitir a combinação de instruções que queremos executar no mesmo ciclo de clock. ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar 1- Hazards Estruturais. Combinação de lavar-secar ao invés de instruções separadas. Pessoa responsável por guardar as roupas está ocupada demais e não pode executar a tarefa.
- 10. 2.147.483.647 X 2.147.483.647 1- Hazards Estruturais. Consideremos, por exemplo, o maior inteiro possível de ser representado em um computador. Agora façamos a seguinte combinação: vamos multiplicá-lo por ele mesmo. Então tentemos representa-lo no computador sem o devido tratamento, como visto em Cálculo Numérico. Essa combinação está além do que o hardware consegue representar. Isso causará um Hazard Estrutural.
- 11. Quando o Pipeline precisa ser interrompido porque uma etapa precisa esperar até que outra seja concluída, dados ainda indisponíveis. ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar 2- Hazards de dados. Só encontrou 1 pé de meia do par! Cadê o outro? Vamos parar tudo e procurar!
- 12. Assembly do MIPS: add $s0, $t0, $t1 sub $t2, $s0, $t3 2- Hazards de dados. Como exemplo, vejamos o código em Assembly do MIPS à esquerda. Temos uma adição e então uma subtração que depende do resultado da adição. Assim que a ALU crie a soma para a instrução add, podemos fornecer o resultado à instrução subtract. Teremos resolvido o Hazard. IF ID EX MEM WB IF ID EX MEM WBsub $t2, $s0, $t3 add $s0, $t0, $t1
- 13. Assembly do MIPS: add $s0, $t0, $t1 sub $t2, $s0, $t3 2- Hazards de dados. IF: Estágio de busca de instrução, na caixa de memória de instrução; ID: Estágio de leitura e decodificação de instrução/banco de registradores na caixa mostrando o banco de registradores sendo lido. EXE: Estágio de execução com o desenho representando a ALU. MEM: Estágio de acesso à memória. WB: Estágio Write-Black, com o desenho mostrando o banco de registradores sendo escrito. IF ID EX MEM WB IF ID EX MEM WBsub $t2, $s0, $t3 add $s0, $t0, $t1
- 14. Necessidade de tomar uma decisão com base nos resultados de uma instrução enquanto outras estão sendo executadas. ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar ComPipeline Lavar ComPipeline Secar ComPipeline Passar ComPipeline Guardar 3- Hazards de controle. Vamos secar e passar muito bem o uniforme do melhor time do mundo enquanto a lavanderia prossegue seus afazeres!
- 15. BIBLIOGRAFIA Livro recomendado: Organização e Projeto de Computadores – A Interface Hardware Software. Autores: David A. Patterson e John L. Hennessy. Editora Campus.