Organizacion superescalar

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4. Organización superescalar

Ya que las segmentaciones escalares son eficaces estas presentan limitaciones, la solución a este problema son las segmentaciones superescalares. Esta técnica permite que varias instrucciones avancen paralelamente a través de los ciclos de segmentación.

Esta organización superescalar permite: Mayor procesamiento de instrucciones, mayor rendimiento en laejecución de instrucciones y ejecuta estas instrucciones en un orden distinto mostrado en el programa original.

5.1. Limitaciones de la segmentación escalar

Como se sabe, las segmentaciones escalares presentan limitaciones las cuales son:

a) El rendimiento máximo por segmentación escalar se encuentra limitado a una instrucción por ciclo.

b) La unificación de todos los tiposde instrucciones en una segmentación puede ofrecer un diseño insuficiente.

c) La detención de una segmentación rígida provoca burbujas de segmentación innecesarias.

5.2.1. Límite superior en el rendimiento de la segmentación escalar

Aunque al incrementar la frecuencia de segmentación que nos permite tener menos niveles de puerta lógicas (lo que implica un menor tiempo de cicloy mayor frecuencia), los ciclos de penalización obtenidos por la sobrecarga de hardware anula las ventajas ya mencionadas.

Una segmentación escalar solo puede inicializar un procesamiento de una instrucción en cada ciclo de la maquina. Para obtener un límite superior en el rendimiento de la segmentación escalar debemos hacer uso de las segmentaciones paralelas, que son posibles al incrementaren ancho de la segmentación para poder tener más de una instrucción en cada etapa de la segmentación.

5.2.2. Unificación ineficaz de una única segmentación

El procesamiento de distintas instrucciones requiere distintos conjuntos de subcálculos es por eso que cuando se realiza una unificación de estos requisitos se presentan ineficiencias. Además que ciertos tipos de instruccionesson difíciles de unificar en una sola segmentación. Ejemplos son las instrucciones de coma flotante y coma fija, instrucciones que requieren latencias largas y otras que requieren solamente de un ciclo, además que todas estas diferencias de latencia requieren de hardware que sea capaz de admitir distintos tipos de instrucciones.

Teniendo en cuenta todo lo anterior vemos que la unificación detodos los tipos de instrucciones en una única segmentación es ineficaz. En las segmentaciones paralelas se implementan varia unidades de ejecución distintas, que evitan unificar todo el hardware de ejecución en una sola segmentación.
5.2.3. Perdidas de rendimiento debido a una segmentación rígida

La segmentación escalar rígida significa que una etapa detenida en medio de la segmentación(debida a su dependencia de una instrucción precedente) afecta a todas las etapas anteriores de la segmentación. Este proceso crea burbujas de segmentación innecesarios que pueden ser evitados si se permite que las otras instrucciones omitan a la instrucción detenida. La segmentación escalar rígida no permite omitir instrucciones detenidas, pero las segmentaciones paralelas las permiten, estas sonllamadas segmentaciones dinámicas.

5.2. De segmentaciones escalares a superescalares

Estas son segmentaciones paralelas, descendientes naturales de las segmentaciones escalares. Estas permiten atenuar las tres limitaciones anteriormente mencionadas.

5.3.4. Segmentaciones paralelas

Existen dos tipos de segmentación paralelas:

a) Paralelismo de maquina temporal:Permite tener un numero “k” de etapas que puede tener “k” instrucciones en una máquina.

b) Paralelismo de maquina espacial: Se utilizan “k” copias de la maquina no segmentada para procesar “k” instrucciones en paralelo.

Estos dos técnicas teóricamente ofrecen el mismo factor de aceleración, aunque el paralelismo de maquina espacial utiliza mas hardware.

En segmentaciones superescalares...
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