UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN E S P G MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Tema 05: Computadores de Segmentación Encauzada y Procesamiento Vectorial Prof: Alberto E. Cohaila Barrios acohailab@unjbg.edu.pe, acohailab@hotmail.com, acohailab@speedy.com.pe

5.1 Segmentación (pipeline) encauzada Un paralelismo solapado a nivel de subtareas dentro de la UCP  Paralelismo temporal La segmentación encauzada (pipelining) es una técnica de implementación por la cual se solapa la ejecución de múltiples instrucciones Es la clave para que las CPU de hoy en día sean tan rápidas Ej: cadena de montaje de coches La productividad del cauce depende de la frecuencia con la que salgan las instrucciones El tiempo requerido para ejecutar una etapa de una instrucción se denomina un ciclo de máquina, que no tiene por qué ser igual a un ciclo de reloj. En realidad, el ciclo de máquina es el número de ciclos de reloj necesarios para ejecutar la etapa más lenta. Julián Monge-Nájera Biología Tropical, Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica, 2060 San José, Costa Rica.Toledo, A. 1998. Economía de la Biodiversidad. PNUMA, Of. Reg. América Latina y el Caribe, Ser. Textos Bás. Form. Ambient., México, D.F. 273 p. Disponible en: PNUMA, Formación Ambiental para América Latina y el Caribe, Blvd. Virreyes 155, Col. Lomas de Virreyes, 11000 México DF, México. 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.1 Segmentación (pipeline) encauzada El objetivo es conseguir etapas lo más equilibradas posibles, es decir, que su tiempo de ejecución sea similar. Bajo esta situación ideal, el tiempo por instrucción de la máquina segmentada es: = Tpor_instrucción_máquina_no_segmentada / Nº_etapas La mejora de velocidad debida a la segmentación es, en este caso ideal, igual al número de etapas, pero habitualmente las etapas no están perfectamente equilibradas, y hay cierto gasto añadido en la ejecución del cauce, por lo que nos aproximaríamos en un 10% a la mejora óptima. 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.2 Principio de segmentación encauzada Lineal 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

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5.3 Clasificación de los procesos encauzados 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.3 Cauces generales y tablas de reservas 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.4 Organización de Memorias entrelazadas 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

¿Cómo afecta al rendimiento del sistema? La segmentación consigue una reducción en el tiempo de ejecución medio por instrucción: Decrementando la duración del ciclo de reloj de la máquina segmentada Disminuyendo el número de ciclos de reloj por instrucción Normalmente, el mayor impacto está en el número de ciclos por instrucción (procesadores RISC). Ventajas: Esta técnica es invisible al programador Se consigue paralelizar la ejecución de programas secuenciales. 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 5.5 Segmentación La segmentación no acelera la ejecución de una instrucción (es más, la retarda), sino que incrementa la productividad de las instrucciones (el programa tiene menor tiempo de ejecución). Hay dos factores que limitan la frecuencia de instrucciones: el retardo de los cerrojos (las entradas a la ALU) el sesgo del reloj Ejemplo Considerar una máquina no segmentada con cinco pasos de ejecución cuyas duraciones son 50ns, 50ns, 60 ns, 50ns, 50ns. Suponer que, debido al tiempo de preparación y sesgo de reloj, segmentar la máquina añade 5ns de gasto a cada etapa de ejecución. Ignorando cualquier impacto de latencia, ¿cuánta velocidad se ganará con la segmentación en la frecuencia de ejecución de las instrucciones? 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.6 Evaluación de prestaciones Tiempo de ciclo de reloj del cauce Frecuencia del cauce (rendimiento máximo) Ganancia Eficacia Productividad 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.6 Evaluación de prestaciones Ejemplo Un cauce con 5 etapas de duración igual a 50 ns. Cada una (incluyendo el retardo del registro de acoplo) implementa una función que necesitaba 200 ns. sin utilizar segmentación de cauce. ¿Cuáles son la ganancia, la eficacia máxima y la productividad máxima de dicho cauce? Como punto de partida... Liberado en mayo 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.7 Uso intensivo de la E/S vs la UCP 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

5.8 Sistema multiprocesador jerarquico 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Ejercicios 28/02/2019 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios