12 Questions
O que é pipelining na arquitetura de processadores?
Uma técnica de projeto onde o hardware processa mais de uma instrução ao mesmo tempo.
O que é um hazard estrutural na arquitetura de processadores?
Um hazard estrutural ocorre quando o hardware não consegue suportar a execução simultânea de duas operações devido a recursos limitados.
Na execução fora de ordem, as instruções são executadas rigorosamente na ordem em que aparecem no programa.
False
O que é a execução fora de ordem?
É uma técnica que permite que o processador execute instruções fora da ordem em que foram escritas no programa, visando melhorar o desempenho e utilizar mais eficientemente os recursos.
Quais são os benefícios da execução fora de ordem? Selecione todas as opções corretas.
Melhor Utilização dos Recursos
Explique como a execução fora de ordem poderia otimizar a execução de um programa.
Permite que instruções independentes ou com dependências resolvidas sejam executadas simultaneamente, melhorando o paralelismo e o desempenho geral do sistema.
Quais são os benefícios da Execução Fora de Ordem em processadores?
Melhoria do Desempenho e Melhor Utilização dos Recursos
Quais são as aplicações da Execução Fora de Ordem?
Processadores AMD Ryzen
A execução fora de ordem é possível somente em processadores antigos.
False
O que é o pipelining na arquitetura de processadores?
Uma técnica que permite ao hardware processar mais de uma instrução ao mesmo tempo.
Qual é a diferença entre a latência e o throughput de um pipeline de instruções?
A latência do pipeline é o tempo que uma instrução leva para ser concluída, enquanto o throughput é a taxa de produção de instruções por unidade de tempo.
Em um processador com execução fora de ordem, as instruções são executadas não necessariamente na ordem em que aparecem no programa, mas sim de acordo com a disponibilidade dos dados e recursos necessários para sua execução. Isso é possível devido à técnica de execução ____ de ordem.
fora
Study Notes
Arquitetura de Processadores
- UN_03: Arquitetura de Processadores – Parte II
- Definição de Pipeline: técnica de projeto que permite ao hardware processar mais de uma instrução de cada vez sem esperar que uma instrução termine antes de começar a próxima.
Pipeline
- Definição: técnica de implementação de processadores que permite a sobreposição temporal das diversas fases de execução das instruções.
- Características:
- Aumenta o número de instruções executadas simultaneamente e a taxa de instruções iniciadas e terminadas por unidade de tempo.
- O pipeline não reduz o tempo gasto para completar cada instrução individualmente.
Exemplo de Pipeline
- Analogia com uma lavanderia:
- Cada etapa leva 30 minutos para ser realizada.
- Sem pipeline, cada cesto de roupa leva 2 horas para ser lavado, seco e passado a ferro.
- Com pipeline, cada cesto de roupa leva 30 minutos para ser lavado, seco e passado a ferro, e vários cestos de roupa podem ser processados simultaneamente.
Conceitos Básicos de Pipeline
- Latência do pipeline: tempo que um cesto de roupa leva para ser lavado/arrumado.
- Taxa de produção (ou vazão) do pipeline: um cesto de roupa lavado/arrumado por unidade de tempo.
- Throughput do pipeline: frequência com que uma instrução sai do pipeline.
Características dos Pipelines de Instrução
- O tempo do ciclo do relógio do processador deve ser igual ou maior que o tempo de execução do estágio mais lento do pipeline.
- Deve-se procurar dividir a execução da instrução em estágios com o mesmo tempo.
- O pipeline deve ser mantido sempre “cheio” para que o desempenho máximo seja alcançado.
Controle do Pipeline
- Cinco estágios de execução de cada instrução:
- IF - Instruction Fetch (busca instrução)
- ID - Instruction Decode (decodifica instrução)
- EXE - Execution / Address Calculation (executa instrução)
- MEM - Memory Access (acesso à memória)
- WB - Writeback (armazena resultado)
Hazards (Conflitos)
- Dependências ou conflitos entre instruções que podem comprometer o funcionamento do pipeline.
- Tipos de hazards:
- Hazards estruturais: recursos insuficientes para execução de instruções.
- Hazards de controle: dependências de controle entre instruções.
- Hazards de dados: dependências de dados entre instruções.
Execução Fora de Ordem (Out-Of-Order Execution)
- Definição: técnica utilizada em processadores para melhorar o desempenho na execução de instruções.
- Funcionamento:
- Leitura de Instruções (Fetch)
- Despacho (Dispatch)
- Emissão (Issue)
- Execução (Execute)
- Conclusão (Retire)
- Benefícios: melhoria do desempenho, melhor utilização dos recursos.
Arquitetura de Processadores
- UN_03: Arquitetura de Processadores – Parte II
- Definição de Pipeline: técnica de projeto que permite ao hardware processar mais de uma instrução de cada vez sem esperar que uma instrução termine antes de começar a próxima.
Pipeline
- Definição: técnica de implementação de processadores que permite a sobreposição temporal das diversas fases de execução das instruções.
- Características:
- Aumenta o número de instruções executadas simultaneamente e a taxa de instruções iniciadas e terminadas por unidade de tempo.
- O pipeline não reduz o tempo gasto para completar cada instrução individualmente.
Exemplo de Pipeline
- Analogia com uma lavanderia:
- Cada etapa leva 30 minutos para ser realizada.
- Sem pipeline, cada cesto de roupa leva 2 horas para ser lavado, seco e passado a ferro.
- Com pipeline, cada cesto de roupa leva 30 minutos para ser lavado, seco e passado a ferro, e vários cestos de roupa podem ser processados simultaneamente.
Conceitos Básicos de Pipeline
- Latência do pipeline: tempo que um cesto de roupa leva para ser lavado/arrumado.
- Taxa de produção (ou vazão) do pipeline: um cesto de roupa lavado/arrumado por unidade de tempo.
- Throughput do pipeline: frequência com que uma instrução sai do pipeline.
Características dos Pipelines de Instrução
- O tempo do ciclo do relógio do processador deve ser igual ou maior que o tempo de execução do estágio mais lento do pipeline.
- Deve-se procurar dividir a execução da instrução em estágios com o mesmo tempo.
- O pipeline deve ser mantido sempre “cheio” para que o desempenho máximo seja alcançado.
Controle do Pipeline
- Cinco estágios de execução de cada instrução:
- IF - Instruction Fetch (busca instrução)
- ID - Instruction Decode (decodifica instrução)
- EXE - Execution / Address Calculation (executa instrução)
- MEM - Memory Access (acesso à memória)
- WB - Writeback (armazena resultado)
Hazards (Conflitos)
- Dependências ou conflitos entre instruções que podem comprometer o funcionamento do pipeline.
- Tipos de hazards:
- Hazards estruturais: recursos insuficientes para execução de instruções.
- Hazards de controle: dependências de controle entre instruções.
- Hazards de dados: dependências de dados entre instruções.
Execução Fora de Ordem (Out-Of-Order Execution)
- Definição: técnica utilizada em processadores para melhorar o desempenho na execução de instruções.
- Funcionamento:
- Leitura de Instruções (Fetch)
- Despacho (Dispatch)
- Emissão (Issue)
- Execução (Execute)
- Conclusão (Retire)
- Benefícios: melhoria do desempenho, melhor utilização dos recursos.
Aprenda sobre a arquitetura de processadores, pipeline e execução fora de ordem, e interrupções em sistemas informáticos.
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