45214 Datamaskinarkitektur - Øvinger 1995

Løsning 6

Oppgave 1

a) Minimum-tid (dvs. tid dersom dataavhengigheter ikke eksisterer) = k+(M-1).

Forventet forsinkelse pr. instruksjon gitt at dataavhengighet virkelig eksisterer .

Forventet forsinkelse pr. instruksjon når det ikke forutsettes noe om hvorvidt den aktuelle instruksjon har dataavhengighet til forgjengere .

Forventet total forsinkelse .

Forventet utførelsestid for de M instruksjonene:

Nå er

og

slik at

b)

Ytelsen:

Oppgave 2

a) Vi skal sammenligne hastighetsøkningen for en superpipeline, en superskalar og en superpipeline og superskalar maskin med en skalar maskin med T(1,1) = k + N - 1.

1. Superpipeline: For en ``super''-samlebåndet (Eng.: superpipelined) prosessor av grad n vil syklustiden for samlebaandet være av base syklus til den skalare prosessoren.

   Minimum tid som trengs for åutføre N instruksjoner for en super-samlebåndet maskin av grad n med k steg i samlebåndet vil bli:

   

   Dermed vil maskimal hastighetsøkning bli:

   

   Hastighetsøkningen , når antall instruksjoner, .

2. Superskaler:

   For en ``super''-skaler prosessor, som henter m instruksjoner samtidig, vil ideel utførelsestid være:

   

   hvor k er tiden som trengs for åutføre de første m instruksjonene gjennom samlebåndet, og er tiden for de N-m gjenstå ende instruksjonene, hvor m utføres pr. syklus.

   Den ideelle hastighetsøkningen for dette tilfellet vil bli:

   

   Hastighetsøkningen , når antall instruksjoner, .

3. Superpipeline og superskalar:

   For en ``super''-skalar, ``super''-samlebåndet prosessor får vi:

   

   Hastighetsøkningen , når antall instruksjoner,

DEC's Alpha prosessor DEC 21064-A, 150 MHZ, henter maskimalt to instruksjoner pr. syklus. Den har en syklustid som er 150Mhz/25MHz = 6 ganger det skalare tilfellet, og får (m,n) = (2,6).

Noe upresist kan vi derfor påstå at DEC's Alpha prosessor er m x n = 2 x 6 = 12 ganger raskere enn en prosessor på 25 Mhz.