Wie finde ich die Ausführungszeit für eine Pipeline-Maschine?

Question

Wir führen die folgenden Anweisungen auf einer Maschine aus

Wenn die Maschine in Pipelines arbeitet, würde es etwa 200 ps * 3 = 600 ps dauern.

Ich möchte, was ist die Ausführungszeit, wenn die Pipeline-Maschine 1000,003 Anweisungen ausgeführt wird? Ist es 1.000.000 * 200 ps + 600 ps?

Answer 1

Das Diagramm ist für eine klassische 5-stufige MIPS-Pipeline-Architektur. Moderne Chips verwenden Superskalar-Design, aber lassen Sie uns das ignorieren [zumindest für den Moment].

Das Problem hier ist, dass das Diagramm die Zeiten für die verschiedenen Arten von Anweisungen [für jeden T-Zustand T1-T5] zeigt, aber es gibt kein Beispielprogramm, außer das Diagramm ist auch ein Beispiel für die Schleife . Wenn das der Fall ist, fahren Sie fort mit ...

Das andere Problem ist Pipeline "Gefahren". Das heißt, eine bestimmte Stufe (T-Zustand) für einen bestimmten Befehl muss "anhalten", weil sie von der Ausgabe eines vorherigen Befehls abhängt. Zum Beispiel:

L1: add $t1,$t2,$t3 
L2: add $t6,$t4,$t1 

Der zweite Befehl seine „Register lesen“ (T2) Stall muss, weil es für die Vollendung des Standes der Anweisung des „register write“ (T5) Stufe abzuschließen warten muss, [weil es das letzte benötigt Wert für $t1].

Anstatt also eine gut erzogene Pipeline wie:

1:  L1:T1 
2:  L1:T2  L2:T1 
3:  L1:T3  L2:T2 
4:  L1:T4  L2:T3 
5:  L1:T5  L2:T4 
6:     L2:T5 

Wir am Ende mit:

1:  L1:T1 
2:  L1:T2  L2:T1 
3:  L1:T3  L2:stall 
4:  L1:T4  L2:stall 
5:  L1:T5  L2:stall 
6:     L2:T2 
7:     L2:T3 
8:     L2:T4 
9:     L2:T5 

In modernen Implementierungen gibt es architektonische Techniken, um dies zu vermeiden (zB "Weiterleiten", Out-of-Order-Ausführung), aber wir müssen die jeweilige architektonische Implementierung kennen, um zu wissen, welche Werkzeuge sie zur Behebung von Gefahren benötigt.

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Meine beste erraten ist wie folgt ...

Noch einmal, wenn wir Gefahren ignorieren, wir brauchen ein bestimmtes Programm/Sequenz auf, die Berechnungen zu tun.

Wenn wir annehmen, dass das Programm das Diagramm ist, ist die Anzahl der Schleifeniterationen für 1.000.000 Anweisungen 1,000,000/4 oder 250,000. Und ... Wir ignorieren auch den Verzweigungsverzögerungs-Slot.

Das Zeitdiagramm für eine Schleife Iteration wie folgt aussieht:

label inst start exec end 
       time time time 
----- ---- ----- ---- ---- 

L1:  lw  0  800  800 
L2:  sw  200  700  900 
L3:  R  400  600  1000 
L4:  beq  600  500  1100 

Beachten Sie, dass alle Anweisungen vollständig vor dem L4 tut. Die dominierende Zeit ist also die Endzeit für L4. Also, 250,000 * 1100 ps oder 275 uns, mehr oder weniger.

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UPDATE:

Aber mein Professor sagt mir die Antwort 1.000.000 * 200 ps + 1400 ps

Nun, sollten Sie [offensichtlich ;-)] glauben dein prof nicht ich [ich habe "rate" betont].

Aber wieder müssen wir die Implementierung kennen: Verzweigungsvorhersage, usw. Meine nimmt an, L1 auf der 2. Schleife kann nicht beginnen, bis L4 auf Schleife 1 abgeschlossen ist.

Wenn die Schleife/Sequenz vollständig abgerollt wurde [und es gab keinen Zweig], wie lw, sw, R, R 250.000 mal wiederholt, es würde 1,000,000 * 200 ps sein, IMO.

Ich denke prof Analyse geht davon aus T1 L1 für die Schleife 2 kann gleichzeitig beginnen mit L4 dem T2 für Schleife 1.

Ein Beispiel nützliche Sequenz mit überlappenden Quell-/Ziel eine memmove Sequenz sein könnte [die Register sind bereits voreingestellt]:

L1:  lw  $t0,4($t1) 
L2:  sw  $t0,0($t1) 
L3:  addu $t1,$t1,$t2 
L4:  bne  $t1,$t3,L1 

Wiederum nimmt diese keine Verzweigungsverzögerungs-Slots. Um diese Arbeit zu mit macht sie und nicht nur nop hängen, würde die Sequenz L1, L2, L4, L3

jedoch sein, ich lese gerade das Kleingedruckte: Diese Berechnung geht davon aus, dass die Multiplexern, Steuereinheit, PC-Zugriffe und Zeichenerweiterungseinheit haben keine Verzögerung.

Also, das könnte der Schlüssel sein, warum es eine Diskrepanz gibt/gab. Noch einmal, wenn Sie Zweifel haben, glauben Sie Ihrem Prof.