Как MIPS я пересылаю из EX в ID для филиалов без остановки? - PullRequest
Новая
       134

Как MIPS я пересылаю из EX в ID для филиалов без остановки?

4 голосов
/ 13 июня 2019 
        addiu   $6,$6,5
        bltz    $6,$L5
        nop
        ...
$L5:

Это безопасно на MIPS I? Если да, то как?

Оригинальный MIPS I - это классическая 5-ступенчатая схема RISC IF ID EX MEM WB, которая скрывает всю свою задержку ветвления с помощью одного слота задержки ветвления , проверяя условия ветвления на ранней стадии, на этапе ID. (Именно поэтому он ограничен равными / не равными или проверками битов знака, такими как lt или ge zero, а не lt между двумя регистрами, которые потребуют переноса через сумматор.)

Разве это не означает, что ветвям требуется, чтобы их вход был готов на цикл раньше, чем инструкции ALU? bltz входит в стадию ID в том же цикле, в котором addiu входит в EX.

MIPS I использует обходную переадресацию с EX-выхода на EX-вход, так что обычные целочисленные инструкции ALU (например, цепочка addu / xor) имеют задержку одного цикла и могут выполняться последовательно циклы.

MIPS расшифровывается как «Микропроцессор без заблокированных ступеней трубопровода », поэтому он не обнаруживает опасности RAW; код должен их избегать. (Следовательно, слоты с задержкой загрузки в MIPS первого поколения, в MIPS II добавляются блокировки для остановки в этом случае, что делает акроним недействительным: P).

Но я никогда не вижу обсуждения расчета условия ветвления для нескольких инструкций впереди, чтобы избежать задержки. (Пример addiu / bltz был выдан MIPS gcc5.4 -O3 -march=mips1 на Godbolt , который не учитывает интервалы задержки загрузки, заполняя nop при необходимости.)

Использует ли он какой-то трюк, такой как EX, считывающий входные данные на заднем фронте часов, и ID, которому не нужны переданные значения регистров до нарастающего фронта? (С EX производит свои результаты достаточно рано, чтобы это работало)

Полагаю, это имело бы смысл, если бы тактовая частота была достаточно низкой, чтобы доступ к кэшу был однократным.

Задержка или пузырь в MIPS утверждает, что lw + a beq в результате загрузки требует 2 циклов остановки, потому что он не может пересылать. Это не точно для реальных MIPS I (если gcc не глючит). Однако в нем упоминаются полупериодические циклы, позволяющие записать значение и затем прочитать его из файла регистров за один и тот же полный цикл.

1 Ответ

1 голос
/ 13 июня 2019

Вы на самом деле задаете два вопроса:

  1. Это безопасно для MIPS I?
  2. Если да, то как?

что безопасно на MIPS I?

Я видел разные блок-схемы процессоров MIPS.Большинство из них выполняют решение ветвления на этапе EX или даже на этапе MEM вместо этапа ID.

Конечно, такие проекты будут реагировать по-разному при выполнении вашего примера кода.

Без официального заявления руководства по использованию CPU, которое вы действительно используете, на ваш вопрос нельзя ответить с уверенностью.

Если да, то как?

Не работаетt это означает, что ответвления должны быть готовы к вводу на цикл раньше , чем инструкции ALU?

№

Ключ - логика обхода пересылки.Давайте рассмотрим следующий пример: 

add  $A, $B, $C      ; Currently in MEM stage
or   $D, $E, $F      ; Currently in EX stage
bltz $G, someLabel   ; Currently in ID stage

(в то время как A, B, ... G - номера GPR.)

Логика обхода пересылки дляФаза EX (or инструкция) содержит мультиплексор, который работает следующим образом (псевдокод): 

if E = A
    take ALU input from EX/MEM shift register output
else
    take ALU input from ID/EX shift register output
end-if

Именно этот мультиплексор позволяет вам использовать результат некоторой инструкции (add)в следующем (or).

Конечно, то же самое можно сделать для фазы ID с использованием 3-полосного мультиплексора: 

if G = D
    take branch decision input from ALU output
else if G = A
    take branch decision input from EX/MEM shift register output
else
    take branch decision input from register bank output
end-if

При этом сигналвремя распространения увеличится на время, необходимое в фазе EX.Это означает, что это ограничит тактовую частоту процессора.

Однако результат какой-то инструкции уже может использоваться на этапе ID следующей инструкции без необходимости дополнительного тактового цикла.

...