Recommended
More Related Content
Similar to 13_risc_ind.pptx
Similar to 13_risc_ind.pptx (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (7)
13_risc_ind.pptx
- 1. William Stallings Computer Organization and Architecture 8th Edition Chapter 13 Reduced Instruction Set Computers
- 2. Kemajuan Besar dalam Komputer(1) • Konsep keluarga —IBM System/360 1964 —DEC PDP-8 —Memisahkan arsitektur dari implementasi • Unit kontrol yang diprogram mikro —Idea by Wilkes 1951 —Produced by IBM S/360 1964 • Cache memory —IBM S/360 model 85 1969
- 3. Kemajuan Besar dalam Komputer(2) • Solid State RAM —(See memory notes) • Microprocessors —Intel 4004 1971 • Pipelining —Memperkenalkan paralelisme ke dalam siklus eksekusi pengambilan • Beberapa prosesor
- 4. Langkah Selanjutnya - RISC • Reduced Instruction Set Computer (Komputer Set Instruksi yang Dikurangi) • Fitur utama —Sejumlah besar register tujuan umum —atau penggunaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan penggunaan register —Set instruksi terbatas dan sederhana —Penekanan pada pengoptimalan jalur instruksi
- 6. Kekuatan pendorong untuk CISC • Biaya perangkat lunak jauh melebihi biaya perangkat keras • Bahasa tingkat tinggi yang semakin kompleks • Kesenjangan semantik • Mengarah ke: —Set instruksi besar —Lebih banyak mode pengalamatan —Implementasi perangkat keras dari pernyataan HLL – e.g. CASE (switch) pada VAX
- 7. Niat CISC • Kemudahan penulisan kompiler • Tingkatkan efisiensi eksekusi —Operasi kompleks dalam mikrokode • Mendukung HLL yang lebih kompleks
- 8. Karakteristik Eksekusi • Operasi yang dilakukan • Operand yang digunakan • Urutan eksekusi • Studi telah dilakukan berdasarkan program yang ditulis dalam HLL • Studi dinamis diukur selama pelaksanaan program
- 9. Operasi • Assignment (Penugasan) —Pergerakan data • Conditional statements (IF, LOOP) —Sequence control • Prosedur Call-Return sangat memakan waktu • Beberapa instruksi HLL menyebabkan banyak operasi kode mesin
- 10. Frekuensi Dinamis Relatif Tertimbang dari Operasi HLL [PATT82a] (CISC) Kejadian Dinamis(Frekuensi relatif terjadinya) Mesin-Instruksi Tertimbang(Ukuran pengganti dari waktu aktual yang dihabiskan untuk mengeksekusi) Memori-Referensi Tertimbang(Ukuran pengganti aktual waktu yang dihabiskan untuk referensi memori) Pascal C Pascal C Pascal C ASSIGN 45% 38% 13% 13% 14% 15% LOOP 5% 3% 42% 32% 33% 26% CALL 15% 12% 31% 33% 44% 45% IF 29% 43% 11% 21% 7% 13% GOTO — 3% — — — — OTHER 6% 1% 3% 1% 2% 1%
- 11. Operand (Persentase Dinamis Referensi Operand) • Terutama variabel skalar lokal • Pengoptimalan harus berkonsentrasi pada mengakses variabel lokal Pascal C Average Integer Constant 16% 23% 20% Scalar Variable (80% Local Variables) 58% 53% 55% Array/Structure (+ a reference to an index or a pointer @ item) 26% 24% 25%
- 12. Pemanggilan Prosedur • Sangat memakan waktu • Tergantung pada jumlah parameter yang dilewati • Tergantung pada tingkat nested • Sebagian besar program tidak melakukan banyak panggilan diikuti dengan banyak pengembalian • Sebagian besar variabel bersifat lokal • (c.f. lokalitas referensi)
- 13. Implikasi • Dukungan terbaik diberikan dengan mengoptimalkan fitur yang paling sering digunakan dan paling memakan waktu • Banyaknya register —Referensi operand • Desain pipeline yang cermat —Prediksi pencabangan dll. • Set instruksi yang disederhanakan (dikurangi)
- 14. Register File Besar • Solusi perangkat lunak —Memerlukan kompiler untuk mengalokasikan register —Alokasikan berdasarkan variabel yang paling sering digunakan dalam waktu tertentu —Memerlukan analisis program yang canggih • Solusi Hardware —Miliki lebih banyak register —Jadi lebih banyak variabel akan ada di register
- 15. Register untuk Variabel Lokal • Simpan variabel skalar lokal di register • Mengurangi akses memori • Setiap prosedur (fungsi) panggilan mengubah lokalitas • Parameter harus dilewati • Hasil harus dikembalikan • Variabel dari panggilan program harus dipulihkan
- 16. Register Windows • Hanya beberapa parameter • Batas Jangkauan panggilan terbatas • Gunakan beberapa set register kecil • Panggilan beralih ke set register yang berbeda • Mengembalikan switch kembali ke set register yang digunakan sebelumnya
- 17. Register Windows cont. • Tiga area dalam satu set register —Register parameter —Register lokal —Register sementara —Register sementara dari satu set register parameter tumpang tindih dari yang berikutnya —Ini memungkinkan parameter lewat tanpa memindahkan data
- 20. Pengoperasian Penyangga Melingkar • Saat panggilan dibuat, penunjuk jendela saat ini dipindahkan untuk menunjukkan jendela register yang sedang aktif • Jika semua jendela sedang digunakan, interupsi dihasilkan dan jendela tertua (yang terjauh di belakang panggilan bersarang) disimpan ke memori • Penunjuk jendela yang disimpan menunjukkan di mana jendela yang disimpan berikutnya harus dikembalikan ke
- 21. Variabel Global • Dialokasikan oleh kompiler ke memori • Tidak efisien untuk variabel yang sering diakses
- 22. Registers v Cache Large Register File Cache All local scalars Recently-used local scalars Individual variables Blocks of memory Compiler-assigned global variables Recently-used global variables Save/Restore based on procedure nesting depth Save/Restore based on cache replacement algorithm Register addressing Memory addressing
- 23. Merujuk File Register Skalar - Berbasis Jendela
- 24. Mereferensikan Skalar - Cache
- 25. Optimasi Register Berbasis Kompilator • Asumsikan sejumlah kecil register (16-32) • Mengoptimalkan penggunaan terserah kompiler • Program HLL tidak memiliki referensi eksplisit ke register —biasanya - pikirkan tentang C - register int • Tetapkan register simbolis atau virtual untuk setiap variabel kandidat • Petakan register simbolik (tidak terbatas) ke register nyata • Register simbolik yang tidak tumpang tindih dapat berbagi register nyata • Jika Anda kehabisan register nyata, beberapa variabel menggunakan memori
- 26. Pewarnaan Grafik • Diberikan grafik simpul dan sisi • Tetapkan warna untuk setiap simpul/node • Node yang berdekatan memiliki warna yang berbeda • Gunakan jumlah minimum warna • Node adalah simbolis register • Dua register yang hidup dalam fragmen program yang sama digabungkan oleh sebuah edge • Cobalah untuk mewarnai grafik dengan n warna, di mana n adalah jumlah register nyata • Node yang tidak dapat diwarnai ditempatkan di memori
- 28. Mengapa CISC (1)? • Penyederhanaan kompiler? —Disengketakan… —Instruksi mesin yang rumit lebih sulit untuk dieksploitasi —Optimasi lebih sulit • Program yang lebih kecil? —Program membutuhkan lebih sedikit memori tetapi… —Memori sekarang murah —Mungkin tidak menempati lebih sedikit, hanya terlihat lebih pendek dalam bentuk simbolis – Lebih banyak instruksi membutuhkan kode operasi yang lebih panjang – Referensi register membutuhkan lebih sedikit bit
- 29. Mengapa CISC (2)? • Program lebih cepat? —Bias terhadap penggunaan instruksi yang lebih sederhana —Unit kontrol yang lebih kompleks —kontrol program mikro penyimpanan lebih besar —sehingga instruksi sederhana membutuhkan waktu lebih lama untuk dieksekusi • Masih jauh dari jelas bahwa CISC adalah solusi yang tepat
- 30. Karakteristik RISC • Satu instruksi per siklus • Operasi Register ke register • Beberapa, mode pengalamatan sederhana • Beberapa, format instruksi sederhana • Desain bawaan (tanpa mikrokode) • Format instruksi tetap • Lebih banyak waktu/usaha kompilasi
- 31. RISC v CISC • Tidak jelas • Banyak desain meminjam dari kedua filosofi • misalnya PowerPC dan Pentium II
- 32. Pemipaan RISC • Sebagian besar instruksi adalah Register ke Register • Dua fase eksekusi —I: Instruction fetch —E: Execute – Operasi ALU dengan input dan output register • Untuk memuat dan menyimpan —I: Instruction fetch —E: Execute – Hitung alamat memori —D: Memory – Register ke memory atau memory ke register Operasi
- 33. Efek Pipelining
- 34. Optimalisasi Pipelining • Delay branch —Tidak berlaku sampai setelah eksekusi instruksi berikut —Instruksi berikut ini adalah slot penundaan • Delay Load —Register menjadi target dikunci oleh prosesor —Lanjutkan eksekusi aliran instruksi sampai register diperlukan —Menganggur hingga pemuatan selesai —Mengatur ulang instruksi dapat memungkinkan pekerjaan yang bermanfaat saat memuat • Pembukaan Loop —Replikasi body of loop beberapa kali —pengulangan Loop lebih sedikit —Mengurangi loop overhead —Meningkatkan paralelisme instruksi —Peningkatan register, cache data, atau lokalitas TLB
- 35. Loop Unrolling Dua Kali Contoh do i=2, n-1 a[i] = a[i] + a[i-1] * a[i+l] end do Becomes do i=2, n-2, 2 a[i] = a[i] + a[i-1] * a[i+i] a[i+l] = a[i+l] + a[i] * a[i+2] end do if (mod(n-2,2) = i) then a[n-1] = a[n-1] + a[n-2] * a[n] end if
- 36. Cabang Normal dan Tertunda Address Normal Branch Delayed Branch Optimized Delayed Branch 100 LOAD X, rA LOAD X, rA LOAD X, rA 101 ADD 1, rA ADD 1, rA JUMP 105 102 JUMP 105 JUMP 106 ADD 1, rA 103 ADD rA, rB NOOP ADD rA, rB 104 SUB rC, rB ADD rA, rB SUB rC, rB 105 STORE rA, Z SUB rC, rB STORE rA, Z 106 STORE rA, Z
- 38. Kontroversi • Kuantitatif —bandingkan ukuran program dan kecepatan eksekusi • Kualitatif —memeriksa masalah dukungan bahasa tingkat tinggi dan penggunaan real estat VLSI • Problem —Tidak ada pasangan RISC dan CISC yang dapat dibandingkan secara langsung —Tidak ada set program pengujian yang pasti —Sulit untuk memisahkan efek perangkat keras dari efek kompiler —Kebanyakan perbandingan dilakukan pada "mainan" daripada mesin produksi —Sebagian besar perangkat komersial adalah campuran
- 39. Required Reading • Stallings chapter 13 • Manufacturer web sites