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Departamento de Automática
Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Tema 2
Estructuras segmentadas

Prof.

Dr. José Antonio de Frutos Redondo
Dr. Raúl Durán Díaz
Curso 2010-2011

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Tema 2. Estructuras segmentadas
Noción de segmentación
Rendimiento.
Tipos de cauces.
Cauces no lineales y tablas de reserva.
Cálculo de latencias encauces.

Segmentación de instrucciones
Arquitectura DLX.
Encauzamiento de instrucciones en el DLX.
Parones.
Múltiples unidades funcionales.

© J. A. de Frutos Redondo, R. Durán 2005
V1.4

2. Estructuras segmentadas 2

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Noción de segmentación
¿Qué es la segmentación o pipelining?
Técnica para la generación de paralelismo en
monoprocesadores.Consiste en dividir una función en subfunciones independientes
que pueden realizarse simultáneamente (trabajo en cadena).
En un instante determinado, se está trabajando sobre un
número de elementos igual al número de etapas => paralelismo.

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V1.4

2. Estructuras segmentadas 3

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Noción de segmentaciónUNIDAD DE PROCESAMIENTO DE INSTRUCCIÓN

Instrucciones

Resultados

Estructura convencional

CAUCE PARA EL PROCESO DE INSTRUCCIONES
Instrucciones
f1 f2 f3 f4 f5

Subfunción 1

Subfunción 2

Subfunción 3

Subfunción n

f1

f2

f3

fn

f1 f2 f3 f4 f5

Resultados

Proceso encauzado (pipe-line)

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2. Estructurassegmentadas 4

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Etapas del cauce
Evolución de los elementos a través de las etapas del
cauce:
Subfunción
f1

Inst. 1

Inst. 3

Inst. 4

Inst. 5

Inst. 6

Inst. 1

Inst. 2

Inst. 3

Inst. 4

Inst. 5

Inst. 1

Inst. 2

Inst. 3

Inst. 4

Inst. 1

Inst. 2

Inst. 3

Inst. 1

f2

Inst. 2

Inst. 2

T5

T6

f3
f4
f5T1

T2

T3

T4

Tiempo

Tiempos del proceso segmentado

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2. Estructuras segmentadas 5

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Mejora del rendimiento
Mejora en el rendimiento:
Suponemos que se cumple aproximadamente:

T0
T
k

T
T= 0
k
=> tiempo en ejecutar el proceso completo sin segmentar
=> tiempo en ejecutar unaetapa
=> número de etapas de que consta el cauce
Sin embargo, el tiempo en ejecutar n procesos sin
segmentar:
Tns = n×T
0

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2. Estructuras segmentadas 6

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Rendimiento del cauce
El tiempo en ejecutar el proceso segmentado sobre un
elemento en k etapas será:
T = k ×T
1s

Y desde que sale elprimer resultado del cauce, va saliendo
uno nuevo cada T, por lo que el tiempo de procesar n
elementos será:
Ts = k ×T + (n −1)×T

Con todo esto, la ganancia es:
n× k ×T
= n× k
G = Tns =
k Ts T × k + (n −1)×T k + (n −1)

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2. Estructuras segmentadas 7

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Rendimiento límite
Observemos que laganancia límite, cuando n tiende a
infinito, es k:

G ⎯n→∞→ k
⎯⎯⎯⎯
⎯
k

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2. Estructuras segmentadas 8

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Requisitos para la segmentación
Características del proceso necesarias para poder aplicar
segmentación:
Se debe poder descomponer en etapas.
Es necesario que las entradas de una etapa esténdeterminadas únicamente por las salidas de la anterior.
Cada etapa debe poder ser realizada por un circuito específico
de forma más rápida que el conjunto del proceso.
Los tiempos de ejecución de cada etapa deben parecidos.

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2. Estructuras segmentadas 9

Arquitectura e Ingeniería de Computadores

Tipos de cauces
Tipos de cauces:...