Arquitectura de Computadoras I S7 07 Superescalar 2
Summary
TLDREl script discute las diferentes arquitecturas de procesadores, destacando la evolución desde la arquitectura segmentada común hasta la super escalar. Se describe cómo la arquitectura de cuatro etapas permite ejecutar múltiples instrucciones en un solo ciclo, mientras que la super segmentada mejora la eficiencia al realizar operaciones en medio de ciclos de reloj. La arquitectura super escalar se destaca por su capacidad para ejecutar dos instrucciones a la vez, pero presenta desafíos como la dependencia del paralelismo de instrucciones y los conflictos de recursos. El script también menciona las dependencias de datos y procedimentales, como los riesgos de control y los conflictos cuando múltiples instrucciones intentan acceder a la memoria simultáneamente. Finalmente, se alude a temas más avanzados como las dependencias de salida y anti-dependencias que se explorarán en procesadores más complejos.
Takeaways
- 📈 La arquitectura segmentada común y corriente permite separar una instrucción en etapas distintas, como la etapa de instrucción, de colo, de ejecución y de escritura.
- 🔄 Una arquitectura de cuatro etapas permite que en un ciclo dado, se ejecuten cuatro instrucciones diferentes, aprovechando los mismos recursos de la arquitectura.
- ⏱️ La arquitectura super segmentada permite realizar operaciones a mitad de ciclos de reloj de la instrucción, mejorando la eficiencia al comenzar la siguiente instrucción antes de que la anterior termine.
- 🚀 La arquitectura super escalar duplica los recursos de la arquitectura, permitiendo ejecutar dos instrucciones a la vez, lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento.
- 🔗 La dependencia del paralelismo a nivel de instrucción es una limitación de la arquitectura super escalar; las instrucciones deben tener pocas dependencias de datos y procedimentales.
- 🔄 Las dependencias procedimentales, como los riesgos de control en un branch, pueden causar que se carguen instrucciones innecesarias en la ejecución de un programa.
- 🤔 Los conflictos de recursos son un problema en la arquitectura super escalar, donde dos instrucciones pueden intentar acceder a la memoria simultáneamente, lo que puede causar cuellos de botella.
- 📚 Se mencionan dependencias de salida y anti-dependencias, que son conceptos avanzados que se explorarán en mayor profundidad en procesadores con arquitecturas super escalares.
- 🛠️ La arquitectura super escalar requiere un diseño cuidadoso para gestionar eficientemente las múltiples instrucciones y recursos para evitar conflictos y maximizar el rendimiento.
- ⚙️ La eficiencia de la arquitectura super escalar depende en gran medida de la capacidad del procesador para manejar paralelismo y reducir las dependencias entre instrucciones.
- 🌟 A pesar de sus desafíos, la arquitectura super escalar ofrece una gran ventaja en términos de velocidad y rendimiento en aplicaciones donde se puede aprovechar el paralelismo de instrucciones.
Q & A
¿Cuáles son las diferentes arquitecturas de procesador mencionadas en el guión?
-Las arquitecturas de procesador mencionadas son: segmentada común y corriente, procesador segmentado, procesador mixto segmentado y super escalar.
¿Qué etapas componen un ciclo de instrucción en una arquitectura de cuatro etapas?
-Las etapas son: la etapa de instrucción (fetch), la etapa de解码 (decode), la etapa de ejecución (execution) y la etapa de escritura (writeback).
¿Cómo se ejecutan las instrucciones en una arquitectura de cuatro etapas?
-En una arquitectura de cuatro etapas, cada ciclo puede ejecutar cuatro instrucciones diferentes, utilizando los mismos recursos de manera eficiente.
¿Qué es lo que permite hacer la arquitectura super segmentada?
-La arquitectura super segmentada permite realizar operaciones a mitad de ciclos de reloj de la instrucción, lo que permite comenzar la siguiente instrucción antes de que la anterior haya terminado.
¿Cuál es la ventaja principal de la arquitectura super escalar?
-La arquitectura super escalar multiplica los recursos de la arquitectura, permitiendo ejecutar instrucciones en parejas y mejorando el rendimiento.
¿Cuáles son las limitaciones de la arquitectura super escalar?
-Las limitaciones incluyen la dependencia del paralelismo a nivel de instrucción, la necesidad de que las instrucciones tengan pocas dependencias de datos y procedimentales, y el riesgo de conflictos de recursos.
¿Qué son las dependencias procedimentales y cómo afectan a la ejecución de instrucciones?
-Las dependencias procedimentales son situaciones en las que la ejecución de un conjunto de instrucciones se ve afectada por una rama (branch) que hace saltar la ejecución a otro conjunto de código. Esto puede resultar en la carga de instrucciones innecesarias.
¿Qué son los conflictos de recursos y cómo surgen en una arquitectura de procesador?
-Los conflictos de recursos ocurren cuando dos o más instrucciones intentan acceder a un mismo recurso, como la memoria, al mismo tiempo, lo que puede causar bloqueos o retrasos en la ejecución.
¿Qué son las dependencias de salida y anti-dependencias en un procesador?
-Las dependencias de salida y anti-dependencias son formas avanzadas de dependencias en las que la salida de una instrucción afecta la entrada de otra, y viceversa, lo que puede influir en la secuencia y velocidad de la ejecución de instrucciones.
¿Cómo se puede mejorar la eficiencia en una arquitectura de procesador?
-La eficiencia se puede mejorar a través de técnicas como la super segmentación, que permite ejecutar partes de instrucciones en mitad de ciclos de reloj, y la super escalar, que duplica los recursos para ejecutar instrucciones en parejas.
¿Por qué es importante entender las diferentes etapas del ciclo de vida de una instrucción en un procesador?
-El conocimiento de las diferentes etapas del ciclo de vida de una instrucción es crucial para diseñar y optimizar procesadores que ejecuten instrucciones de manera eficiente, reduzcan los tiempos de espera y mejoren el rendimiento general del sistema.
¿Cómo la arquitectura de procesador afecta el rendimiento de un sistema informático?
-La arquitectura de procesador直接影响 el rendimiento del sistema informático al determinar cómo se ejecutan y se gestionan las instrucciones. Un procesador bien diseñado puede mejorar significativamente la velocidad y la eficiencia del procesamiento de datos.
Outlines
😀 Arquitecturas de Procesadores: Segmentada y Super Segmentada
En este párrafo se compara la arquitectura segmentada común y corriente con la arquitectura super segmentada. Se explica que en la arquitectura segmentada, una instrucción se divide en diferentes etapas (fecha, de colo, kirchner y escritura) y se ejecutan 4 instrucciones en 4 ciclos. En la arquitectura super segmentada, se pueden realizar operaciones a mitad de ciclos de reloj, lo que permite iniciar la siguiente instrucción antes de que la anterior haya terminado. Esto se logra dividiendo el ciclo de reloj en partes bajas y altas. Sin embargo, la super segmentación tiene limitaciones, como la dependencia del paralelismo a nivel de instrucción y la existencia de pocas dependencias de datos y procedimentales.
😨 Arquitectura Super Escalar: Ventajas y Limitaciones
Este párrafo se enfoca en la arquitectura super escalar, que consiste en multiplicar los recursos de la arquitectura por dos para ejecutar dos instrucciones a la vez. Esto proporciona una gran ventaja en términos de rendimiento. Sin embargo, también tiene limitaciones, como la alta dependencia del paralelismo a nivel de instrucción, la necesidad de que las instrucciones tengan pocas dependencias de datos y procedimentales, y los riesgos asociados a los saltos de control (branches) y los conflictos de recursos, como dos instrucciones intentando acceder a la memoria al mismo tiempo.
Mindmap
Keywords
💡Arquitectura segmentada
💡Procesador segmentado
💡Arquitectura super segmentada
💡Ciclo de reloj
💡Arquitectura super escalar
💡Dependencias de datos
💡Dependencias procedurales
💡Conflictos de recursos
💡Dependencias de salida
💡Anti-dependencias
💡Ejecución de instrucciones
Highlights
Comparamos diferentes arquitecturas de procesadores: segmentada común y corriente, procesador segmentado, procesador mixto segmentado.
Una instrucción puede ser separada en diferentes etapas: fecha, de colo, kirchner y escritura.
Arquitectura de 4 etapas permite ejecutar 4 instrucciones diferentes en un ciclo dado.
Arquitectura super segmentada permite hacer operaciones a mitad de ciclos de reloj de la instrucción.
En la super segmentada, una parte de la instrucción se puede ejecutar en la parte baja del ciclo y comenzar la siguiente en la parte alta.
La super segmentada permite ejecutar la instrucción de fecha en medio del ciclo en lugar de al final.
Arquitectura super escalar multiplica los recursos de la arquitectura para ejecutar instrucciones en parejas.
La arquitectura super escalar permite ejecutar 2 instrucciones a la vez.
Limitación de la super escalar: depende del paralelismo a nivel de instrucción.
Instrucciones en super escalar deben tener pocas dependencias de datos y procedimentales.
Dependencias procedimentales son riesgos de control al ejecutar un conjunto de instrucciones y encontrar un branch.
Conflictos de recursos en super escalar cuando dos instrucciones intentan acceder a la memoria a la vez.
Se presentarán dependencias de salida y anti-dependencias en procesadores avanzados.
Arquitecturas estudiadas incluyen segmentada común y corriente, segmentado, mixto segmentado, super segmentado y super escalar.
Evolución de las etapas de una instrucción en diferentes arquitecturas.
Ventaja de la arquitectura super escalar al ejecutar instrucciones en parejas.
Limitaciones de la super escalar relacionadas con paralelismo, dependencias de datos y procedimentales.
Conflictos de recursos en super escalar al acceder a la memoria.
Dependencias de salida y anti-dependencias en procesadores avanzados.
Transcripts
muy bien entonces acá compara
compararemos las diferentes
arquitecturas que nosotros hemos venido
estudiando esto que vemos acá es una
segmentada común y corriente esto es un
procesador segmentado
tal como del que se vienen digitales el
procesador mix
segmentado
como nosotros habíamos visto por ejemplo
una instrucción esta se puede separar en
diferentes etapas como las que vemos acá
la etapa de instrucción fecha la etapa
de de colo la etapa de kirchner
y la tapa de escritura
acá vemos que tienen cuatro etapas
digitales se ha visto que son cinco de
eso de variada arquitectura arquitectura
y ejemplo ejemplo en este caso ésta es
una arquitectura de cuatro etapas
segmentadas entonces en qué consiste es
la instrucción 1 en el ciclo uno solo
puede ejecutar el fecha
es también mi instrucción en el ciclo 2
puede ejecutar el de court y la
instrucción 2
puede ejecutar el fecha
en el círculo 3 la instrucción 1 ejecuta
el excursión la instrucción 2 ejecuta el
decoud y la instrucción 3 puede ejecutar
el fecha
en el ciclo 4 la instrucción 1 finaliza
con el raid la instrucción 2 puede
ejecutar el exclusión la instrucción 3
puede ejecutar el decoud y la
instrucción 4 puede ejecutar el frame
entonces lo que se hace es utilizar los
mismos recursos de la arquitectura de
manera que en un ciclo en un ciclo dado
hay cuatro instrucciones diferentes
ejecutándose eso es la arquitectura
segmenta tenemos la arquitectura super
segmentada
qué consiste
pues poder hacer operaciones a mitad de
ciclos de reloj de la instrucción qué
quiere decir esto que por ejemplo
ahora podemos iniciar la siguiente
instrucción pues su ciclo reloj tiene
una parte en bar y una parte en alta en
alto en una
se puede hacer una parte de la
instrucción en la parte en bajo y
comenzar la siguiente en la parte en
alto por eso ustedes verán que
acá habla mitad de los ciclos del reloj
ya empiezan las siguientes instrucciones
dígase el en lugar de hacer una etapa en
un ciclo completo
por ejemplo en instrucción fecha en
lugar de orar todo el ciclo completo
ahora el instrucción fecha dura medio
siglo y esto es en lo que consiste la
super segmentada que lo queremos entrar
esta es super segmento
y por último
tenemos la super escalar y es
básicamente lo que vemos acá
multiplicamos los recursos de la
arquitectura por dos de manera tal que
ahora podemos ir ejecutando
instrucciones en parejas
podemos ir ejecutando dos en dos
instrucciones esta es la gran ventaja
que nos proporciona
entonces qué limitaciones tiene la
arquitectura super escalar la primera es
que es ave es
sumamente dependiente del paralelismo a
nivel de instrucción las instrucciones
tienen
que tener poco poca cantidad de
dependencias de datos también tiene que
y tener pocas dependencias
procedimentales las dependencias
procedimentales será lo que nosotros
nosotros conocíamos como un riesgo de
control venimos ejecutando un conjunto
de instrucciones nos encontramos un
branch
el brunch da al salto y resulta que el
para ejecutar otro conjunto de código y
resulta que en la segmentación
se se cargaron estas instrucciones que
no debía encargarse porque no deben
ejecutarse es una dependencia
procedimental también tendremos
conflictos de recursos donde por ejemplo
o si dos instrucción sólo se una
instrucción a la vez puede acceder a la
memoria y hay dos instrucciones en las
dos unidades funcionales intentando
acceder la memoria estos otros los
problemas que tenemos sobre conflictos
recursos vamos a ver una serie de
dependencias más avanzadas durante el
desarrollo eso que será las dependencias
de salidas y anti dependencias que esto
ya se presenta en procesadores
con esto
estaré finalizando el tema de super
escalar y vamos a ver a mayor
profundidad los riesgos que nos podemos
encontrar
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