BY AYU ANGGRIANI H

ORGANISASI KOMPUTER

1

MATA KULIAH:

PRODI PENDIDIKAN TEKNIK INFORMATIKA DAN KOMPUTERJURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

2011

PERTEMUAN 12

PIPELINING

2

CREATED BY: AYU ANGGRIANI H

092904010PTIK A 2009

BY AYU ANGGRIANI H

3

PIPELININGA. Konsep Dasar

Peranan memori cache Performa pipeline

B. Data Hazard Operand Forwarding Menangani data hazard dalam software Efek samping

C. Instruction Hazard Unconditional Branch Queue dan Prefetching Instruksi Conditional Branch dan Branch Prediction Delayed Branch Prediksi Branch Prediksi Branch Dinamik

4

D. Pengaruh Pada Set Instruksi Mode Pengelamatan Condition Code

5

A. Konsep DasarKecepatan eksekusi program dipengaruhi oleh banyak factor. Suatu

cara untuk meningkatkan performa adalah dengan menggunakan teknologi

sirkuit yang lebihcepat untuk membangun prosesor dan memori utama.

Kemingkinan lain adalah dengan mengatur hardware sehingga lebih dari

satu operasi dapat dilakukan pada saat yang sama. Dengan cara ini, jumlah

operasi yang dilakukan perdetik ditingkatkan sekalipun elapsed time yang

diperlukan untuk melakukan tiap satu operasi tidak di ubah.

6

Pipelining merupakan cara efektif untuk mengatur aktifitas konkuren

dalam system computer. Ide dasarnya sangat sederhana. Hal ini sering

ditemui di dalam pabrik, dimana pipelining umumnya dikenal sebagai

operasi assembly-line. Tidak diragukan lagi bahwa pembaca telah

mengenal assembly line yang digunakan dalam pembuatan mobil

7

a. Peranan Memori Cache

Yaitu tiap stage dalam pipeline diharapkan menyelesaikan

operasinya dalam suatu clock cycle. Karenanya, periode clock harus

cukup lama untuk menyelesaikannya tugas yang sedang dilakukaan

pada tiap stage. Jika unit yang berbeda memerlukan jumlah waktu

yang berbeda, maka periode clock harus memungkinkan tugas

terlama dapat diselesaikan.

8

Suatu unit yang menyelesaikan tugasnya lebih awal akan idle selama

sisa periode clock. Karenanya, pipeline paling efektif dalam

meningkatkan performa jika tugas yang sedang dilakukan dalam

stage yan ber bedaa memerlukan jumlah waktu yang sama.

9

b. Performa PipelineProsesor pipeline menyesaikan pengolahan satu instruksi pada

tiap clock cycle,yang berarti kecepatan pegolahan instruksi tersabut empat

kali lebih besar dari oparesi berurutan. Peningkatan potensi dalam

performa yang dihasilkan dari pipelining proporsional dengan jumlah

pipeline stage. Akan tetapi, peningkatan ini hanya akan dicapai jika

operasi pipelined dapat di pertahankan tanpa interupsi melalui eksekusi

program.

10

Sangat penting untuk memahami bahwa pipelining tidak

memyebabkan instruksi individu dieksekusi lebih cepat, sebaliknya

pipeling meningkatkan throughput, dimana throughput diukur dari

kecepatan penyelesaian eksekusi instruksi.

11

B. Data HazardData hazard adalah situasi dimana pipeline di-stall karena data yang

akan dikenai opersi di tunda dengan beberapa alasan, seperti yang

diilustrasikan. kita sekarang akan menganalisa persoalan

ketersediaan data dalam beberapa detil.

Clock cycle 1 2 3 4 5

6 7 8 9

12

Contoh ini mengilustrasikan batasan dasar yang harus dilakukan

untuk menjamin hasil yang tepat. Pada saat dua operasi saling

tergantung satu sama lain, maka keduanya harus dilakukan secara

berurutan dalam urutan yang benar. Kondisi ini jelas memiliki

konsekuensi yang mendalam. Memahami implikasinya adalah kunci

untuk memahami berbagai alternative desaian dan pertukaran yang

dihadapi dalam computer pipelined.

13

a. Operand ForwardingData hazard yang baru saja di deskripsikan muncul karena satu instruksi.

instruksi I2 menunggu data dituliskan dalam register file. Akan tetapi,

data tersebut tersedia pada output ALU pada saat Execute stage

menyelesaikan langkah E1 di-forwading stage menyelesaikan langkah E1

karenanya jeda dapat dikurangi,atau mungkin dihilangkan, jika kita

mengatur agar hasil instruksi I1 di forward langsung untuk digunakan

pada langkah E2.

14

NOP (No – operation ), sebagai berikut : I1 : Mul R2,R3,R4 NOP NOP I2: Add R5,R4,R6

15

b. Menangani Data Hazard dalam Software

Jika tanggung jawab untuk mendeteksi dependency tersebut

sepenuhnya diserahkan pada software,maka compiler harus

menyisipkan instruksi NOP untuk mendapatkan hasil yang

tepat,kemungkinan ini mengilustrasikan link tertutup antara

compiler dan hardwere.

16

Penyerahan tugas seperti penyisipan instruksi NOP ke compiler

menghasilkan hardwere yang lebih sederhana.Dengan menyadari

kebutuhan terhadap jeda,maka compiler dapat mencoba menyusun

ulang instruksi untuk melakukan tugas yang berguna dalam slot NOP

menghasilkan ukuran kode yang lebih besar.

17

b. Efek Samping Data depedenci yang ada pada contoh sebelumnya eksplisitan dan mudah

dideteksi karena register yang terlibat dinamai sebagai destinasi dalam

instruksi I1 dan source dalam I2 kadang kadang suatu instruksi mengubah

isi register selain yang disebut sebagai destinasi.

Contohnya adalah instruksi yang menggunakan mode pengalamatan

autoincrement autodecrement.

18

Adapun efek samping lain yang melibatkan condition code flag,

adalah yang digunakan oleh instruksi seperti conditional branch dan

add-with – carry. Misalkan register R1 dan R2 menyimpan bilangan

integer double –precision yang akan kita tambahkan ke bilangan

double – precision yang lain dalam register R3 dan R4

19

C. INSTRUCTION HAZARD

Tujuan unit pengambilan instruksi fetch adalah untuk menyediakan arus

instruksi tetap bagi unit eksekusi.kapanpun arus ini diinterupsi,maka

pipeline stall,

Sekarang kita akan menganalisa efek instruksi branch dan teknik yang

dapat digunakan untuk mengurangi pengaruhnya. Kita mulai dengan

unconditional branch.

20

A. Unconditional Branch

Pengurangan Bench penalty dilakukan dengan, menghitung alamat

branch lebih awal dalam pipeline. Biasanya unit pengambilan

instruksi memiliki dedicated hardwere untuk mengidentifikasi

instruksi brench dan menghitung alamt branch target secepat

mungkin setelah suatu instruksi diambil.

21

b. Queue dan Prefetching Instruksi

Cache miss atau instruksi branch men-stall pipeline selama satu clock

cycle atau lebih untuk mengurangi efek interupsi tersebut , bayak

processor menggunakan unit pengambilan canggih yang dapat

mengambil instruksi sebelum diperlukan dan meletakkannya dalam

Queue.

22

c. Conditional Branch dan Branch Prediction

Instruksi conditional branch menimbulkan hazard

tambahan yabg disebabkan oleh ketergantungan kondisi

branch pada hasil instruksi sebelumnya. Keputusan untuk

branch tidak dapat dibuat hingga eksekusi instruksi

tersebut telah selesai.

23

d. Delayed Branch

Keefektifan pendekatan delayed branch tergantung pada seberapa sering pengaturan ulang instruksi dimungkinkan. Data eksperiment yang dikumpulkan dari banyak program mengindikasikan bahwa teknik kompilasi yang rumit dapat menggunakan satu branch delay slot pada maksimal 85 persen kasus. Untuk prosessor dengan dua branch delay slot, compiler mencoba menemukan dua instruksi sebelum instruksi branch yang dapat dipindahkannya ke delay slot tanpa menimbulkan eror logika.

24

e. Prediksi Branch

Jika keluaran branch random, maka setengah branch akan dilakukan. Jadi pendekatan sederhana dengan mengasumsikan bahwa branch branch tidak akan dilakukan akan menghemat 50 persen waktu yang dibuang untuk melakukan conditional branch. Akan tetapi, performa lebih baik dapat dicapai jika kita mengatur beberapa instruksi branch yang akan diprediksikan untuk dilakukan dan yang lain untuk tidak dilakukan, tergantung pada kelakuan program yang diharapkan.

25

f. Prediksi Branch Dinamik

Tujuan algoritma prediksi branch adalah untuk mengurangi

kemungkinan membuat keputusan yang salah, untuk menghindari

mengambil instruksi yang pada akhirnya harus dibuang. Dalam

skema predisk branch, hardware prosessor memperkirakan kemiripan

suatu branch yang dilakukan dengan mencatat keputusan

branchsetiap kali instruksi tersebut dieksekusi.

26

D. PENGARUH PADA SET INSTRUKSI

Kita telah melihat bahwa beberapa instruksi lebih sesuai untuk

eksekusi pipelined dari pada yang lain. Misalnya, efek samping

instruksi dapat menyebabkan data dependency yang tidak

diinginkan. Dalam bagian ini, kita menganalisis hubungan antara

fitur eksekusi pipelined dan instruksi mesin. Kita membahas dua

aspek utama instruksi mesin-mode pengalaman dan conditioan

code flag.

27

a. Mode Pengelamatan

Dalam memilih mode pengelamatan untuk diimplementasikan dalam

prosessor pipelined, kita harus memperhatikan efek tiap mode

pengelamatan pada aliran instruksi dalam pipelined. Dua

pertimbangan penting yang berkaitan dengan hal ini adalah efek

samping mode seperti autoincrement dan autodecrement dan tingkat

dimana mode pengelamatan complex menyebabkan pipeline menjadi

stall. Factor penting lain adalah apakah suatu mode akan lebih dipilih

oleh suatu compiler .

28

b. Condition Code

condition code flag disimpan dalam processor status register. Flag tersebut diset atau dikosongkan oleh banyak intruksi,sehingga dapat diuji oleh instruksi conditional branch yang berurutan untuk mengubah aliran eksekusi program. Optimizing compiler untuk prosesor pipelined mencoba menyusun ulang instruksi untuk menghindari stalling pipeline pada saat terjadi branch atau data dependency antara instruksi yang berurutan.

29

SEMOGA BERMANFAAT