Circuitos Digitales II The General Computer Architecture The Pipeline Design Semana No.11 Semestre 2008-2 Prof. Gustavo Patiño Prof.

Presentación del tema: "Circuitos Digitales II The General Computer Architecture The Pipeline Design Semana No.11 Semestre 2008-2 Prof. Gustavo Patiño Prof."— Transcripción de la presentación:

1 Circuitos Digitales II The General Computer Architecture The Pipeline Design Semana No.11 Semestre 2008-2 Prof. Gustavo Patiño gpatino@udea.edu.co Prof. Eugenio Duque eaduque@udea.edu.co Departamento de Ingeniería Electrónica Facultad de Ingeniería

2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Some Unsolved Questions When we defined multicycle, did we also define pipeline ? Multicycle is pipeline ? Or, pipeline is multicycle ? So, what does translate pipeline ? What conditions must be met by the inter-stage registers in order to guaranty pipeline ? What is the relation between pipeline and parallelism? Currently, which are the trends in the pipeline paradigm ?

3 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Pipeline La segmentación de instrucciones es similar al uso de una cadena de montaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de varias etapas de producción antes de tener el producto terminado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors o procesadores con segmentación encausada.

4 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2

5 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2

6 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2

7 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2

8 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 The Pipelined MIPS Processor

9 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Sequential Versus Pipelined Execution

10 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Speed Advantage of the Pipeline

11 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Pipeline Stages

12 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Overlapped Pipeline Execution

13 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Single-Cycle Datapath

14 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Single-Cycle Datapath with Pipeline Registers

15 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Instruction Process Through Pipeline (1)

16 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Instruction Process Through Pipeline (2)

17 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Instruction Process Through Pipeline (3)

18 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Instruction Process Through Pipeline (4)

19 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Instruction Process Through Pipeline (5)

20 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Adding Control

21 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Full Pipeline Design with Control Lines

22 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Example: The Pipeline in Action

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Pipeline Processor Operation Summary

35 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2

36 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Problems to be analyzed in the next class Hazards Data Hazard Control Hazard Solutions Forwarding Stalls Problems with Branch

37 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Hazards

38 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Hazards (…cont)

39 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Data Hazard in the Pipeline

40 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Control Hazard in the Pipeline

41 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Forwarding as a Solution to Data Hazards

42 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Forwarding Unit in the Pipeline

43 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Forwarding Unit Operation

44 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Stalls

45 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Result of Stall Approach

46 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Departamento de Ing. Electrónica Circuitos Digitales II Universidad de Antioquia 2008-2 Result of Stall Approach (…cont)