1. Datorteknik Pipelining bild 1 Acceleration How to improve speed? At what costs?

2. Datorteknik Pipelining bild 2 T=Nq * CPI * Cycletime Nq, Number of instructions CPI, Cycles Per Instruction Cycletime

3. Datorteknik Pipelining bild 3 Single Cycle Design CPI = 1 Cycletime = Long (Longest path)

4. Datorteknik Pipelining bild 4 Multiple Cycle 1 < CPI < S Cycletime = Factor 1/S

5. Datorteknik Pipelining bild 5 Pipelined design CPI = 1, (Constant) Cycletime = Factor 1/S

6. Datorteknik Pipelining bild 6 “THROUGHPUT” The total amount of work done in a given time

7. Datorteknik Pipelining bild 7 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + INSTRUCTION MEMORY INSTRUCTION MEMORY STAGE (IM)

8. Datorteknik Pipelining bild 8 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + INSTRUCTION DECODE STAGE (DE)

9. Datorteknik Pipelining bild 9 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + INSTRUCTION EXECUTE STAGE (EX)

10. Datorteknik Pipelining bild 10 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + DATA MEMORY STAGE (DM) DATA MEMORY

11. Datorteknik Pipelining bild 11 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + WRITEBACK STAGE (WB)

12. Datorteknik Pipelining bild 12 Pipeline 5 stages, (IM, DE, EX, DM, WB) Writeback NOT in critical path Cut critical path by 4

13. Datorteknik Pipelining bild 13 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + CAN READ/WRITE THE SAME REG! WRITEBACK STAGE (WB)

14. Datorteknik Pipelining bild 14 Single Cycle IM Reg DMReg IM Reg DMReg

15. Datorteknik Pipelining bild 15 IM Reg DMReg 4 Stage Pipe IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg

16. Datorteknik Pipelining bild 16 A Program 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0) $1 holds value 0x05

17. Datorteknik Pipelining bild 17 IM Reg DMReg 4 Stage Pipe IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0)

18. Datorteknik Pipelining bild 18 IM Reg DMReg Step 1 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0)

19. Datorteknik Pipelining bild 19 IM Reg DMReg Step 2 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0)

20. Datorteknik Pipelining bild 20 IM Reg DMReg Step 3 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0)

21. Datorteknik Pipelining bild 21 IM Reg DMReg Step 4 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x3C sw $5 4($0) 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD

22. Datorteknik Pipelining bild 22 IM Reg DMReg Step 5 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x3C sw $5 4($0) 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD

23. Datorteknik Pipelining bild 23 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. > 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0) ALU A B 31 0 4 + +

24. Datorteknik Pipelining bild 24 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. 0x30 sub $6 $0 $1 > 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0) ALU A B 31 0 4 + +

25. Datorteknik Pipelining bild 25 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 > 0x38 ori $2 $0 0xABCD 0x3C sw $5 4($0)

26. Datorteknik Pipelining bild 26 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $0 $1 0x38 ori $2 $0 0xABCD > 0x3C sw $5 4($0)