ĐIỆN tử VIỄN THÔNG VI xử lý khotailieu

VI XỬ LÝ

Nhóm sinh viên Đ6-ĐTVT2

CHAPTER 16: LỆNH- XỬ LÝ
CẤP SONG SONG VÀ SIÊU VÔ HƯỚNG


LOGO

Giáo viên hướng dẫn:

Phan Thị Thanh Ngọc

Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Kim Đính
Lê Xuân Quyền
Vũ Viết Tùng
Hoàng
Khắc Chung
Vương Xuân Huy

Nguyễn Trọng Nghĩa
Nguyễn Đức
Anh
Trần Huy Hùng
Vũ Hồng Phúc
Nguyễn Thanh Hải


LOGO

Contents

1

Giới thiệu tổng quan

2

Vấn đề thiết kế

3

Pentium 4

4
5

ARM-CORTEX A8


I. Giới thiệu tổng quan

LOGO

• Thuật ngữ siêu vô hướng đầu tiên đặt ra vào năm 1987.
• Tạo nên bước phát triển của bộ vi xử lý với hiệu suất cao.
• Bản chất của siêu vô hướng là khả năng thực hiện lệnh một
cách độc lập và đồng thời trong đường ống khác nhau.
• Một phương pháp khác để đạt được hiệu suất cao hơn được

gọi là điều khiển luồng.
• Điều khiển luồng khai thác thực tế là nhiều công đoạn
đường ống dẫn thực hiện nhiệm vụ đòi hỏi ít hơn một nửa
chu kỳ đồng hồ.


Giới thiệu tổng quan …..

LOGO


II. Vấn đề thiết kế

LOGO

1. Mức tính song song và máy tính song song

Sự khác biệt quan trọng giữa hai khái niệm liên quan của
mức tính song song và máy tính song song. Mức tính song
song tồn tại khi lệnh trong trình tự là độc lập và do đó có thể
được thi hành song song do chồng chéo.
Ví dụ về khái niệm song song cấp lệnh , hãy xem xét hai
đoạn mã sau [ JOUP89b ] :


LOGO
Mức tính song song và máy tính song song...

• Cấp song song cấp lệnh được xác định bởi tần số phụ thuộc
dữ liệu đúng và phụ thuộc thủ tục trong các mã.

• Máy song song là một thước đo khả năng của bộ vi xử lý để
tận dụng lợi thế của song song cấp lệnh .
• Máy song song được xác định bởi số hướng dẫn có thể được
lấy và thực hiện cùng một lúc ( số lượng đường ống song
song ) và bởi tốc độ và sự tinh tế của cơ chế mà bộ vi xử lý
sử dụng để tìm hướng dẫn độc lập.


LOGO
Mức tính song song và máy tính song song...

• Cả cấp và máy song song là những yếu tố quan trọng
trong việc nâng cao hiệu suất. Việc sử dụng một kiến trúc
lệnh cho các bộ chiều dài cố định, như trong một RISC,
tăng cường song song cấp lệnh. Mặt khác, tăng cường
song song cấp lệnh, máy song song sẽ hạn chế hiệu suất
vấn đề về bản chất của chương trình.


2. Các vấn đề về chính sách lệnh

LOGO

Bộ vi xử lý cũng phải có khả năng xác định cấp lệnh song
song và dàn xếp các khi tìm nạp, giải mã, và thực hiện các
hướng dẫn song song.
Về bản chất, bộ xử lý đang cố lường trước điểm hiện hành để
xác định vị trí lệnh có thể được đưa vào ống và thực hiện.

Các vấn đề về chính sách lệnh....

LOGO

3 loại Orderings rất quan trọng trong vấn đề này:
• Thứ tự trong đó lệnh là tìm nạp.
• Thứ tự trong đó lệnh được thực hiện.
• Thứ tự trong đó lệnh cập nhật nội dung của thanh
ghi và vị trí bộ nhớ.
Bộ xử lý càng tinh vi, thì lại càng ít nó bị ràng buộc bởi mối
quan hệ nghiêm ngặt giữa orderings này.


3. Vấn đề thiết kế

LOGO

Để tối ưu hóa sử dụng của phần tử ống dẫn khác nhau, bộ
xử lý sẽ cần thay đổi một hoặc nhiều orderings này về việc gọi
để được tìm nạp trong thực hiện tuần tự nghiêm ngặt.
Một ràng buộc về bộ xử lý là kết quả phải chính xác. Do đó,
bộ xử lý phải thích ứng với tính phụ thuộc và xung đột được
bàn đến trước đấy.


Vấn đề thiết kế....

Chúng ta có thể nhóm các vấn đề về chính sách lệnh siêu vô
hướng như sau:
• In-order issue with in-order completion

• In-order issue with out-of-order completion
• Out-of-order issue with out-of-order completion

LOGO


4. Machine parallelism

LOGO

Xét ba kỹ thuật phần cứng có thể được sử dụng trong một bộ
xử lý superscalar để nâng cao hiệu suất: sao chép các nguồn
lực, out-of-order vấn đề, và đổi tên.
Một nghiên cứu làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các kỹ thuật
này đã được báo cáo trong [SMIT89].


III. Pentium 4

Pentium ban đầu đã có một thành phần superscalar khiêm
tốn, bao gồm việc sử dụng hai đơn vị thực hiện nguyên
riêng biệt.
Pentium Pro giới thiệu một thiết kế superscalar toàn diện
với thực hiện out-of-oder. Mô hình x86 sau đó đã tinh chế
và tăng cường thiết kế superscalar

LOGO


LOGO

Pentium 4….

Sơ đồ khối của Pentium 4


Pentium 4….

LOGO

Hoạt động của Pentium 4
• Processor lấy hướng dẫn từ bộ nhớ trong thứ tự của các
chương trình tĩnh.
• Mỗi hướng dẫn được dịch sang một hoặc nhiều chiều dài cố
định RISC hướng dẫn, được gọi là vi hoạt động, hoặc
micro- ops.
• Bộ vi xử lý thực hiện micro- ops trên một tổ chức đường
ống superscalar, để các lệnh có thể được thực hiện trong trật
tự.
• Bộ vi xử đưa ra các kết quả của mỗi lần thực hiện lệnh với
thanh ghi của bộ vi xử lý thiết lập theo thứ tự của dòng
chương trình ban đầu.


LOGO

Pentium 4….

a)Tạo ra micro-ops

b) Trace cache next instruction pointer

Hình: Pentium Pipeline Operation


LOGO
Pentium Pipeline Operation…..

c) Trace cache fetch

d) Drive


LOGO
Pentium Pipeline Operation…..

e) Phân bổ, đổi tên thanh ghi

f) Micro-ops queuing


LOGO
Pentium Pipeline Operation…..


LOGO
Pentium Pipeline Operation…..


LOGO

Pentium Pipeline Operation…..


IV. ARM Cortex – A8

LOGO

1. Giới thiệu chung về ARM Cortex – A8

• Với sự phát triển của kiến trúc ARM dấn tới sự ra đời của
kí thuật siêu vô hướng trong các ống dẫn lệnh .
• ARM Cortex – A8 là một thí dụ tiêu biểu
• Mục tiêu của Cortex-A8 hướng tới một loạt các ứng dụng di
động và người tiêu dùng.


LOGO
Giới thiệu chung về ARM Cortex – A8...

Hình: Sơ đồ khối kiến trúc của ARM
Cortex-A8


LOGO
Giới thiệu chung về ARM Cortex – A8…..

Hình :ARM
Cortex-A8 Integer
Pipeline