Circuitos Digitales IICircuitos Digitales II

The General Computer Architecture

The Pipeline DesignSemana No.11Semana No.11

Semestre 2008-2Semestre 2008-2

Prof. Gustavo PatiñoProf. Gustavo Patiñogpatino@udea.edu.co

Prof. Eugenio DuqueProf. Eugenio Duqueeaduque@udea.edu.co

Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica

Facultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería

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Some Unsolved Questions When we defined multicycle, did we also define

pipeline ? Multicycle is pipeline ? Or, pipeline is multicycle ?

So, what does translate “pipeline” ? What conditions must be met by the inter-stage registers

in order to guaranty pipeline ? What is the relation between pipeline and parallelism? Currently, which are the trends in the pipeline

paradigm ?

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Pipeline

La segmentación de instrucciones es similar al uso de una cadena de montaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de

varias etapas de producción antes de tener el producto terminado.

Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad.

Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors o procesadores con segmentación encausada.

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The Pipelined MIPS The Pipelined MIPS ProcessorProcessor

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Sequential Versus Pipelined Sequential Versus Pipelined ExecutionExecution

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Speed Advantage of the Speed Advantage of the PipelinePipeline

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Pipeline StagesPipeline Stages

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Overlapped Pipeline Overlapped Pipeline ExecutionExecution

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Single-Cycle DatapathSingle-Cycle Datapath

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Single-Cycle Datapath with Single-Cycle Datapath with Pipeline RegistersPipeline Registers

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Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (1)Pipeline (1)

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Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (2)Pipeline (2)

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Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (3)Pipeline (3)

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Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (4)Pipeline (4)

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Instruction Process Through Instruction Process Through Pipeline (5)Pipeline (5)

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Adding ControlAdding Control

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Full Pipeline Design with Full Pipeline Design with Control LinesControl Lines

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Example: Example: The Pipeline in The Pipeline in ActionAction

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Pipeline Processor Operation Pipeline Processor Operation SummarySummary

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Problems to be analyzed in the next class

Hazards Data Hazard Control Hazard Solutions

Forwarding Stalls

Problems with Branch

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Hazards

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Hazards (…cont)

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Data Hazard in the Pipeline

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Control Hazard in the Pipeline

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Forwarding as a Solution to Data Hazards

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Forwarding Unit in the Pipeline

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Forwarding Unit Operation

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Stalls

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Result of Stall Approach

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Result of Stall Approach (…cont)