Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
MỞ ĐẦU 3
Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và đoán 4
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông 4
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh 4
1.2. Dự báo địa chỉ trả về 7
1.3. Tích hợp tìm nạp chỉ lệnh 8
2. Tích trữ lệnh thi hành và mở rộng 9
2.1. Đăng ký đổi tên so với sắp xếp lại 9
2.2. Tích trữ qua các nhánh đa bội . 11
2.3. đoán giá trị 11
MỞ ĐẦU 3
Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán 4
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông 4
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh 4
1.2. Dự báo địa chỉ trả về 7
1.3. Tích hợp tìm nạp chỉ lệnh 8
2. Tích trữ lệnh thi hành và mở rộng 9
2.1. Đăng ký đổi tên so với sắp xếp lại 9
2.2. Tích trữ qua các nhánh đa bội……….…………………………………………11
2.3. đoán giá trị 11
MỞ ĐẦU
Sự phát triển của máy tính được mô tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi,…Máy tính điện tử số đã trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về công nghệ.
Thế hệ thứ tư được đánh dấu bằng các IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration) có thể chứa hàng ngàn linh kiện. Các IC mật độ tích hợp rất cao (VLSI: Very Large Scale Integration) có thể chứa hơn 10 ngàn linh kiện trên mạch. Các tiến bộ liên tục về mật độ tích hợp trong VLSI đã cho phép thực hiện các mạch vi xử lý ngày càng mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit với việc xuất hiện các bộ xử lý RISC năm 1986 và các bộ xử lý siêu vô hướng năm 1990). Chính các bộ xử lý này giúp thực hiện các máy tính song song với từ vài bộ xử lý đến vài ngàn bộ xử lý
Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính không ngừng được phát triển: kỹ thuật ống dẫn (pipeline), kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,…Pipelining là một phương pháp xử lý lệnh trên một pipeline lệnh, có thể xử lý nhiều lệnh đồng thời trong cùng một khoảng thời gian. Trong khi lệnh này đang được xử lý thì lệnh tiếp sau nó đã được nhận vào
Trên lí thuyết, việc sử dụng kĩ thuật pipeline sẽ làm tăng tốc độ lên gần 400% nhưng thực tế,việc tăng tốc độ được bao nhiêu còn phụ thuộc vào các kiểu xung đột khác nhau. Control Hazard là xung đột xảy ra khi có lệnh rẽ nhánh, do đó còn gọi là Branch Hazard. Khi có nhánh thì phương pháp đơn giản nhất để khắc phục control hazard là gây trễ kịp thời trên pipeline để phát hiện nhánh cho đến khâu MEM mới sử dụng giá trị mới của PC. Tuy vậy ba chu kỳ bỏ phí ở mỗi nhánh là hao phí có nghĩa với tần số rẽ nhánh là 30% và 1 CPI lý tưởng là 1, máy tính có trễ rẽ nhánh sẽ đạt khoảng ½ lượng tăng tốc lý tưởng của pipeline.
Trong tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề “Advanced Techniques for Instruction Delivery and Speculation” (Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán).
Với thời gian và kiến thức còn hạn chế, báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự quan tâm định hướng của các thầy cô giáo, sự góp ý của của các bạn học viên để báo cáo hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành Thank thầy giáo TS. Nguyễn Hồng Quang và các bạn trong lớp đã ủng hộ, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện.
Học viên
Nguyễn Trung Kiên
Advanced Techniques for Instruction Delivery and Speculation
(Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán)
Trong một pipeline dẫn hiệu suất cao, đặc biệt là một với nhiều vấn đề, đoán Nhánh cũng là không đủ, chúng ta thực sự có để có thể cung cấp một highbandwidth chỉ lệnh dòng. Trong gần đây nhiều bộ xử lý-vấn đề, điều này có nghĩa là cung cấp chỉ lệnh 4-8 mỗi chu kỳ đồng hồ. Chúng tui nhìn vào các phương pháp để gia tăng chỉ lệnh phân phối băng thông đầu tiên. Chúng tui sau đó chuyển sang một tập hợp các vấn đề then chốt trong việc thực hiện nâng cao kỹ thuật tích trữ, bao gồm cả việc sử dụng đổi tên đăng ký so với bộ đệm sắp xếp lại, những gây hấn của tích trữ, và kỹ thuật được gọi là giá trị dự báo, có thêm có thể tăng cường ILP.
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông
Một bộ đa xử lý sẽ yêu cầu thông lượng trung bình ở mỗi chu kỳ đồng hồ lớn hơn thông trung bình của mô hình pipeline lý tưởng. Tất nhiên, thông lượng còn phụ thuộc vào băng thông có đủ rộng hay không khi truy cập bộ nhớ cache, nhưng các vấn đề khó khăn nhất là xử lý các lệnh điều khiển rẽ nhánh. Trong phần này chúng ta nhìn tại hai phương pháp cho việc xử lý phân phát các nhánh và sau đó thảo luận về bộ vi xử lý thế nào là hiện đại tích hợp các đoán chỉ lệnh và tìm nạp trước các hàm.
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh
Để giảm bớt hao phí do độ trễ rẽ nhánh của pipeline trong năm khâu riêng biệt của một lệnh, cũng như cho pipeline dẫn sâu hơn, chúng ta phải biết tiên đoán các lệnh chưa được giải mã của một nhánh và những gì các con trỏ PC kế tiếp sẽ được. Nếu chỉ lệnh này là một nhánh và chúng ta biết những gì các con trỏ PC kế tiếp sẽ được, chúng ta có thể có một hao phí do độ trễ rẽ nhánh là 0. đoán trước bộ nhớ cache nhánh để lưu địa chỉ đoán cho các chỉ lệnh kế tiếp sau khi nhánh được gọi là một bộ đệm chỉ mục nhánh hay chỉ mục bộ nhớ cache nhánh. (Hình 1 cho thấy một bộ đệm chỉ mục nhánh)
Bởi vì một bộ đệm chỉ mục nhánh đoán địa chỉ lệnh kế tiếp và sẽ gửi nó đi trước khi giải mã chỉ lệnh, nên chúng ta phải biết tìm nạp chỉ lệnh được đoán có là một nhánh được thực hiện hay không. Nếu con trỏ PC đã tải chỉ lệnh phù hợp với một con trỏ PC trong bộ đệm dự báo, sau đó các con trỏ PC tương ứng đoán được sử dụng như các con trỏ PC tiếp theo. Các phần cứng cho bộ đệm chỉ mục nhánh là cơ bản giống với các phần cứng cho một bộ nhớ cache.
Nếu một mục phù hợp được tìm thấy trong bộ đệm chỉ mục nhánh, quá trình tìm nạp bắt đầu ngay lập tức tại các con trỏ PC dự đoán. Lưu ý rằng không giống như một bộ đệm chỉ mục nhánh dự báo, các mục nhập tiên đoán phải được kết hợp với chỉ lệnh này, vì các con trỏ PC đoán sẽ được gửi ra trước khi nó được biết đến dù chỉ thị này là cả một nhánh. Nếu bộ vi xử lý không kiểm tra xem các mục nhập thì con trỏ PC sẽ gửi ra các chỉ lệnh sai dẫn đến xử lý chậm hơn. Chỉ cần lưu trữ các đoán nhánh thực hiện trong các bộ đệm chỉ mục nhánh, nếu nhánh không được sử dụng đơn giản chỉ cần tìm nạp tiếp theo tuần tự chỉ lệnh, như thể nó là không phải là một nhánh.
Hình 1: Bộ đệm chỉ mục nhánh
Các con trỏ PC của lệnh được lấy bản chất là quá trình tìm nạp qua một tập hợp các chỉ lệnh địa chỉ được lưu trữ trong cột đầu tiên, đó là những địa chỉ của nhánh được biết đến. Nếu con trỏ PC phù hợp với một trong những mục này thì sau đó các chỉ dẫn được tải là một nhánh được thực hiện. Cột thứ hai là địa chỉ đoán của con trỏ PC, bao gồm các đoán cho các con trỏ PC tiếp theo sau khi rẽ nhánh và sử dụng ngay tại địa chỉ đó. Cột thứ ba là tùy chọn, có thể được sử dụng thêm cho bit dự báo điều kiện.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỞ ĐẦU 3
Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và đoán 4
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông 4
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh 4
1.2. Dự báo địa chỉ trả về 7
1.3. Tích hợp tìm nạp chỉ lệnh 8
2. Tích trữ lệnh thi hành và mở rộng 9
2.1. Đăng ký đổi tên so với sắp xếp lại 9
2.2. Tích trữ qua các nhánh đa bội . 11
2.3. đoán giá trị 11
MỞ ĐẦU 3
Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán 4
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông 4
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh 4
1.2. Dự báo địa chỉ trả về 7
1.3. Tích hợp tìm nạp chỉ lệnh 8
2. Tích trữ lệnh thi hành và mở rộng 9
2.1. Đăng ký đổi tên so với sắp xếp lại 9
2.2. Tích trữ qua các nhánh đa bội……….…………………………………………11
2.3. đoán giá trị 11
MỞ ĐẦU
Sự phát triển của máy tính được mô tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ chế tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi,…Máy tính điện tử số đã trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về công nghệ.
Thế hệ thứ tư được đánh dấu bằng các IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large Scale Integration) có thể chứa hàng ngàn linh kiện. Các IC mật độ tích hợp rất cao (VLSI: Very Large Scale Integration) có thể chứa hơn 10 ngàn linh kiện trên mạch. Các tiến bộ liên tục về mật độ tích hợp trong VLSI đã cho phép thực hiện các mạch vi xử lý ngày càng mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit với việc xuất hiện các bộ xử lý RISC năm 1986 và các bộ xử lý siêu vô hướng năm 1990). Chính các bộ xử lý này giúp thực hiện các máy tính song song với từ vài bộ xử lý đến vài ngàn bộ xử lý
Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính không ngừng được phát triển: kỹ thuật ống dẫn (pipeline), kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,…Pipelining là một phương pháp xử lý lệnh trên một pipeline lệnh, có thể xử lý nhiều lệnh đồng thời trong cùng một khoảng thời gian. Trong khi lệnh này đang được xử lý thì lệnh tiếp sau nó đã được nhận vào
Trên lí thuyết, việc sử dụng kĩ thuật pipeline sẽ làm tăng tốc độ lên gần 400% nhưng thực tế,việc tăng tốc độ được bao nhiêu còn phụ thuộc vào các kiểu xung đột khác nhau. Control Hazard là xung đột xảy ra khi có lệnh rẽ nhánh, do đó còn gọi là Branch Hazard. Khi có nhánh thì phương pháp đơn giản nhất để khắc phục control hazard là gây trễ kịp thời trên pipeline để phát hiện nhánh cho đến khâu MEM mới sử dụng giá trị mới của PC. Tuy vậy ba chu kỳ bỏ phí ở mỗi nhánh là hao phí có nghĩa với tần số rẽ nhánh là 30% và 1 CPI lý tưởng là 1, máy tính có trễ rẽ nhánh sẽ đạt khoảng ½ lượng tăng tốc lý tưởng của pipeline.
Trong tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề “Advanced Techniques for Instruction Delivery and Speculation” (Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán).
Với thời gian và kiến thức còn hạn chế, báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự quan tâm định hướng của các thầy cô giáo, sự góp ý của của các bạn học viên để báo cáo hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành Thank thầy giáo TS. Nguyễn Hồng Quang và các bạn trong lớp đã ủng hộ, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện.
Học viên
Nguyễn Trung Kiên
Advanced Techniques for Instruction Delivery and Speculation
(Phương pháp kỹ thuật nâng cao cho cấp phát chỉ lệnh và dự đoán)
Trong một pipeline dẫn hiệu suất cao, đặc biệt là một với nhiều vấn đề, đoán Nhánh cũng là không đủ, chúng ta thực sự có để có thể cung cấp một highbandwidth chỉ lệnh dòng. Trong gần đây nhiều bộ xử lý-vấn đề, điều này có nghĩa là cung cấp chỉ lệnh 4-8 mỗi chu kỳ đồng hồ. Chúng tui nhìn vào các phương pháp để gia tăng chỉ lệnh phân phối băng thông đầu tiên. Chúng tui sau đó chuyển sang một tập hợp các vấn đề then chốt trong việc thực hiện nâng cao kỹ thuật tích trữ, bao gồm cả việc sử dụng đổi tên đăng ký so với bộ đệm sắp xếp lại, những gây hấn của tích trữ, và kỹ thuật được gọi là giá trị dự báo, có thêm có thể tăng cường ILP.
1. Tìm nạp chỉ lệnh tăng băng thông
Một bộ đa xử lý sẽ yêu cầu thông lượng trung bình ở mỗi chu kỳ đồng hồ lớn hơn thông trung bình của mô hình pipeline lý tưởng. Tất nhiên, thông lượng còn phụ thuộc vào băng thông có đủ rộng hay không khi truy cập bộ nhớ cache, nhưng các vấn đề khó khăn nhất là xử lý các lệnh điều khiển rẽ nhánh. Trong phần này chúng ta nhìn tại hai phương pháp cho việc xử lý phân phát các nhánh và sau đó thảo luận về bộ vi xử lý thế nào là hiện đại tích hợp các đoán chỉ lệnh và tìm nạp trước các hàm.
1.1. Bộ đệm chỉ mục nhánh
Để giảm bớt hao phí do độ trễ rẽ nhánh của pipeline trong năm khâu riêng biệt của một lệnh, cũng như cho pipeline dẫn sâu hơn, chúng ta phải biết tiên đoán các lệnh chưa được giải mã của một nhánh và những gì các con trỏ PC kế tiếp sẽ được. Nếu chỉ lệnh này là một nhánh và chúng ta biết những gì các con trỏ PC kế tiếp sẽ được, chúng ta có thể có một hao phí do độ trễ rẽ nhánh là 0. đoán trước bộ nhớ cache nhánh để lưu địa chỉ đoán cho các chỉ lệnh kế tiếp sau khi nhánh được gọi là một bộ đệm chỉ mục nhánh hay chỉ mục bộ nhớ cache nhánh. (Hình 1 cho thấy một bộ đệm chỉ mục nhánh)
Bởi vì một bộ đệm chỉ mục nhánh đoán địa chỉ lệnh kế tiếp và sẽ gửi nó đi trước khi giải mã chỉ lệnh, nên chúng ta phải biết tìm nạp chỉ lệnh được đoán có là một nhánh được thực hiện hay không. Nếu con trỏ PC đã tải chỉ lệnh phù hợp với một con trỏ PC trong bộ đệm dự báo, sau đó các con trỏ PC tương ứng đoán được sử dụng như các con trỏ PC tiếp theo. Các phần cứng cho bộ đệm chỉ mục nhánh là cơ bản giống với các phần cứng cho một bộ nhớ cache.
Nếu một mục phù hợp được tìm thấy trong bộ đệm chỉ mục nhánh, quá trình tìm nạp bắt đầu ngay lập tức tại các con trỏ PC dự đoán. Lưu ý rằng không giống như một bộ đệm chỉ mục nhánh dự báo, các mục nhập tiên đoán phải được kết hợp với chỉ lệnh này, vì các con trỏ PC đoán sẽ được gửi ra trước khi nó được biết đến dù chỉ thị này là cả một nhánh. Nếu bộ vi xử lý không kiểm tra xem các mục nhập thì con trỏ PC sẽ gửi ra các chỉ lệnh sai dẫn đến xử lý chậm hơn. Chỉ cần lưu trữ các đoán nhánh thực hiện trong các bộ đệm chỉ mục nhánh, nếu nhánh không được sử dụng đơn giản chỉ cần tìm nạp tiếp theo tuần tự chỉ lệnh, như thể nó là không phải là một nhánh.
Hình 1: Bộ đệm chỉ mục nhánh
Các con trỏ PC của lệnh được lấy bản chất là quá trình tìm nạp qua một tập hợp các chỉ lệnh địa chỉ được lưu trữ trong cột đầu tiên, đó là những địa chỉ của nhánh được biết đến. Nếu con trỏ PC phù hợp với một trong những mục này thì sau đó các chỉ dẫn được tải là một nhánh được thực hiện. Cột thứ hai là địa chỉ đoán của con trỏ PC, bao gồm các đoán cho các con trỏ PC tiếp theo sau khi rẽ nhánh và sử dụng ngay tại địa chỉ đó. Cột thứ ba là tùy chọn, có thể được sử dụng thêm cho bit dự báo điều kiện.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links