Microsoft PowerPoint - Sol7 [Compatibility Mode]

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こうしろうわかはら
5 years ago
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1 ミニクイズ 4 E ハザード ( つ前の命令の結果を必要とする状況 ) が発生する条件をつ挙げよ. またそれぞれの時に制御線 ForwardA, ForwardB はどのように設定すれば良いか? ( 回答 ) E/.RegWrite= かつ E/.RegisterRd = ID/.RegisterRs この時,ForwardA = と制御すれば良い. E/.RegWrite= かつ E/.RegisterRd = ID/.Register この時,ForwardB = と制御すれば良い. ( 解説 ) E/.RegisterRd は, 今ステージにある命令 ( 先行命令 ) の書き込みレジスタ番号 * 教科書には E/.RegisterRd も条件に書かれていますが, 本質でないので割愛します.

2 ミニクイズ 5 前ページのミニクイズ 4 の回答は, 実は不完全です. どのような場合に正しく動作しないか? そして, 正しい回答を示せ. ( 回答 ) E/.RegWrite= かつ E/.RegisterRd = ID/.RegisterRs に加えて, /E.RegisterRd ID/.RegisterRs この時,ForwardA = と制御すれば良い. E/.RegWrite= かつ E/.RegisterRd = ID/.Register に加えて, /E.RegisterRd ID/.Register この時,ForwardB = と制御すれば良い. ( 前ページのままではうまくいかない例 ) add $, $, $ add $, $, $3 3add $, $, $4 3 の実行時に, フォワードしないといけないのは, それともどちらの結果でしょう? 4

3 重要問題クロックサイクルで, 以下の命令列の最初の sub 命令のフェッチを開始するとする最初に $=, $=, $3=3 であったとするそれ以前の命令は全て無視することにするクロックサイクル,,3,4 のそれぞれの時刻に, 図 6.36 の回路の各結線の値とレジスタ $ の値を述べよまた,ALU の入力となっているが何を選択しているかも回答せよ. ( この問題の設定だけでは値が不明な結線は答える必要はない ) sub $, $, $3 #$に引き算の結果を格納 and $, $, $5 # 第オペランドがsubに依存 or $3, $6, $ # 第オペランドがsubに依存 add $4, $, $ # 第, オペランドがsubに依存 sw $5, ($) # インデックスがsubに依存

4 IF/IDWrite 重要問題回答 clock= ハザード検出ユニット ID/.emRead 現在の $= PCWrite and IF/ID 制御 sub ID/ /E E/ PC 命令メモリ 3 reg 書込 reg reg レジスタ IF/ID.RegisterRs IF/ID.Register IF/ID.RegisterRd 3 3 ForwardB Rd ALU ForwardA アドレスデータメモリデータ /E.RegisterRd ID/.Register Rs フォワーディングユニット E/.RegisterRd sub 命令は番レジスタ 3 番レジスタから読み出しその値のと 3 は次のステージで使うためにパイプラインレジスタにいったん覚えられる IF/ID.Register の Rs,, Rd は sub 命令の rs, rt, rd フィールドで指定されたレジスタ番号でこれがパイプラインレジスタを介して次のステージに渡される

5 IF/IDWrite 重要問題回答 clock= ハザード検出ユニット ID/.emRead $5 の値は不明現在の $= PCWrite or IF/ID 制御 and ID/ sub /E E/ PC 命令メモリ 5 reg 書込 reg reg レジスタ IF/ID.RegisterRs IF/ID.Register IF/ID.RegisterRd ID/.Register $ Rs ALU ForwardA ForwardB Rd フォワーディングユニット - アドレスデータメモリデータ /E.RegisterRd E/.RegisterRd sub 命令はと 3 の引き算をして結果の - をパイプラインレジスタに保存 ALU の入力のは上下とも番ポートを選択 Sub の書き込みレジスタの番号は rd で指定された番であるため一番下のは Rd のを選択してこの情報は書き込みレジスタ番号 (Rd) としてパイプラインレジスタを介して次の段に送られる

6 IF/IDWrite 重要問題回答 clock=3 ハザード検出ユニット ID/.emRead $6 の値は不明現在の $= PCWrite add IF/ID 制御 or ID/ and /E sub E/ PC 命令メモリ 6 reg 書込 reg reg レジスタ IF/ID.RegisterRs IF/ID.Register IF/ID.RegisterRd ID/.Register $6 6 3 $5 5 - ALU ForwardA ForwardB Rd Rs フォワーディングユニット - アドレスデータメモリデータ /E.RegisterRd E/.RegisterRd sub 命令の結果の-は次のステージで書き込むためにE/レジスタに書き込まれるまた番レジスタに書き込まないといけないがそのの情報は上記 /E.RegisterRdを通してパイプラインレジスタに書き込まれるステージは ALUの上側の入力には $が来ないといけないがこれはレジスタから読み出したではなく先行命令の結果の-をフォワードしてくるそのため上側のはポートを選択しているフォワーディングユニットへの入力 Rs, /E.RegisterRdがともにで等しいため上側のはポートを選択するようにForwardAを設定する 3

7 IF/IDWrite 重要問題回答 clock=4 ハザード検出ユニット ID/.emRead 現在の $=- ( このクロックの途中で - に更新され新しい値が add 命令のために正しくパイプラインレジスタに保存される :Chap5 p 参照 ) PCWrite sw IF/ID 制御 add ID/ or /E and E/ sub PC 命令メモリ reg 書込 reg reg レジスタ IF/ID.RegisterRs IF/ID.Register IF/ID.RegisterRd ID/.Register $6 6 - ALU ForwardA ForwardB Rd 3 Rs 3 フォワーディングユニットアドレスデータメモリデータ /E.RegisterRd E/.RegisterRd - sub 命令の結果の - はこのステージでやっと書き込まれるレジスタを高速なものを使うようにしたので (Chap5 p 参照 ) このステージで書き込んだと同時にステージの後半ではその新しい - という値はレジスタの読み出しポートに出てくる ( 上図はその様子 ) そのため add 命令の ID ステージの最後には正しく読み出せてパイプラインレジスタには - が書き込まれるステージは ALU の下側の入力には clock=4 で読み出した $ の値ではなく E/ レジスタから適切にフォワードされた sub の結果の - が選ばれるようには設定される 4

8 章末問題の回答その単一サイクルの命令の実行時間 = 7ps ( 命令フェッチ + レジスタ読み出し +ALU+ メモリアクセス + レジスタ書き込みの時間 ) マルチサイクルのクロックは各ステップのうち時間が一番長いものにあわせないといけないので ps となるまたロード (5%) は 5 サイクルストア (%) は 4 サイクル分岐 (%) は 3 サイクルジャンプ (%) は 3 サイクル ALU 命令 (5%) は 4 サイクルそれぞれかかるので命令にかかるサイクル数は平均で 5x x. + 3x. + 3x. + 4 x.5 = 4. サイクルであるそのため命令にかかる平均時間は x4.=84ps 5

9 章末問題の回答そのパイプラインのクロックはマルチサイクル同様 ps 基本的に平均するとクロックで命令の処理が終わるしかしハザードで以下の場合は余分なクロックがかかる. lw 命令の半分はその結果を使用する命令が直後に続くクロックストール. ジャンプ命令, 分岐命令の予測が外れた場合は,3 クロック分ストールする ( 講義で行った単純な方式 ) とする. ロード全体の半分なので 5/ =.5% の命令は余分にクロックかかるジャンプ命令はその後余分に 3 クロックかかりそれは全体の % 分岐命令のうち /4 は予測に失敗してそのとき余分に 3 クロックかかるそのような命令の割合は全体の /4=.75 % 以上を考えると平均クロックでは命令は終了せず全体の平均では x x. + 3 x.75 =.675 つまり命令にかかるクロック数は平均で.675 クロックのためそのため命令にかかる平均時間は x.675 = 53.5 ps と他の方式の倍以上早いことになります 6

Microsoft PowerPoint - Chap5 [Compatibility Mode]

Microsoft PowerPoint - Chap5 [Compatibility Mode] 計算機構成論 (Chap. 5) @C306 http://www.ngc.is.ritsumei.ac.jp/~ger/lectures/comparch2012/index.html (user=ganbare, passwd = 初回の講義で言いました ) 講義に出るなら分からないなら質問しよう単位を取りたいなら章末問題は自分で全部といておこう ( レポートと考えればいいんです!) ご意見