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ARQUITETURA DE COMPUTADORES. Professor: Clayton Rodrigues da Siva

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Academic year: 2021

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ARQUITETURA DE

COMPUTADORES

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OBJETIVO DA AULA

Entender o significado de pipelining. Entender o princípio de

(3)

PIPELINIG OU PARALELISMO

É verdade sabida há anos que as memórias são um gargalo para o processador.

A ideia do pipeline surgiu com o IBM Strech em 1959. Era um PC que tinha a capacidade de buscar instruções antecipadamente de maneira que elas estivessem disponíveis quando necessário.

A busca da próxima instrução presupõe a execução da instrução em apenas duas etapas, busca e execução.

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PIPELINIG OU PARALELISMO

Em vez de dividir a instrução em

apenas duas partes, esta técnica divide a instrução em muitas partes (uma dúzia ou mais).

Cada uma destas partes é executada

por hardware dedicado e podem ser executadas em paralelo.

(5)

PIPELINIG OU PARALELISMO

Permite que um processador

sobreponha a execução de diversas instruções de modo que mais instruções possam ser executadas no mesmo período de tempo, melhorando o desempenho de processadores.

(6)

PIPELINIG OU PARALELISMO

Um pipelining de instruções é

semelhante a uma linha de montagem de uma indústria.

Exemplo da lavanderia sem pipeline

(lavar, secar e dobrar).

A quantidade de roupas limpas

representa o throughput do processador.

(7)
(8)

PIPELINIG

S1 – O estágio está trabalhando na instrução 1,

buscando-a na memória e a coloca no buffer até que seja necessária.

S2 – Decodifica a instrução, determinando seus

operandos.

S3 – Localiza e busca os operandos, seja na

memória seja nos registradores.

S4 – Realiza o trabalho de execução da instrução. S5 – Escreve o resultado no registrador

(9)

PIPELINIG

O tempo total para a execução de

uma operação em pipeline é, em geral, ligeiramente maior que o

tempo para executar a mesma operação monoliticamente (sem pipeline).

(10)

PIPELINIG

Overheads decorrentes da

transferência dos dados entre os estágios;

(11)

MÉTODOS DE PIPELINE Método assíncrono Método síncrono

(12)

MÉTODOS SÍNCRONO

No método assíncrono, os estágios do

pipeline comunicam-se através de sinais de handshaking, indicando a disponibilidade de dados do estágio corrente para o próximo estágio (RDY), indicando a liberação do estágio corrente para o estágio anterior (ACK).

(13)

MÉTODOS SÍNCRONO

os estágios do pipeline são

interconectados por latches (registradores cujo objetivo é armazenar dados) que armazenam os dados intermediários durante a transferência entre estágios, que é controlada por um sinal de relógio.

(14)

MÉTODOS SÍNCRONO X ASSÍNCRONO

O método assíncrono é o que permite

maior velocidade de operação do pipeline. Entretanto, o método síncrono é o mais adotado devido à sua simplicidade de projeto e operação.

(15)

ARQUITETURAS SUPERESCALARES

Dois ou mais pipelines são

executados paralelamente em um mesmo intervalo de tempo.

Para que isso ocorra duas coisas

devem ser garantidas:

 Não pode haver conflito na utilização

dos recursos

 Nenhuma delas deve depender do

(16)

ARQUITETURAS SUPERESCALARES

Quem garantirá as condições

mencionadas no slide anterior?

 O compilador

(17)

PARALELISMO AO NÍVEL DE PROCESSADOR

 Paralelismo ao nível de instrução ajudam um

pouco, mas raramente ultrapassam um fator cinco ou dez.

 Para alcançar velocidades superiores, se faz

(18)

PARALELISMO AO NÍVEL DE PROCESSADOR

ARQUITETURAS SIMD

 Computadores SIMD (Single Instruction

Multiple Data) são utilizados para a resolução de problemas computacionalmente intensivos da área científica e de engenharia, em que existem estruturas de dados regulares como vetores e matrizes.

 As duas principais formas de máquinas

SIMD são os processadores matriciais e vetoriais.

 Arquitetura utilizada principalmente em

Aerodinâmica, Física nuclear, Química molecular, Sismologia, Meteorologia.

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PROCESSADOR VETORIAL

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PROCESSADOR MATRICIAL

 Consiste em um grande número de processadores

idênticos que efetuam a mesma sequência de instruções em diferentes dados.

 O projeto inicial consistia em uma grade 8x8 dos

elementos processador/memória.

 Processamento executado por todos os

processadores.

 Arquitetura claramente distinta da

máquina-padrão Von Neumann.

 Devido ao custo excessivo(4 vezes o previsto),

apenas 1 quadrante foi construído, alcançando 50 megaflops.

 Seu objetivo era alcançar 1 gigaflop, isso

duplicaria a capacidade de computação do mundo inteiro.

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