Técnicas de Predição de Desvios

1. Técnicas de Predição de Desvios MO401 -Arquitetura de Computadores Jaudete Daltio RA 049240 Universidade Estadual de Campinas – Instituto de Computação

2. Motivação • Exploração de paralelismo aumenta o desempenho dos processadores • Retardo causado pelas instruções de desvio: “Conflitos de Controle” • Técnicas que reduzam as penalidades • Perda de desempenho caso a previsão seja incorreta Técnicas de Predição de Desvio

3. Tipos de Previsão • Em Software • Durante a compilação do programa de aplicação • Em Hardware • Durante a execução do programa de aplicação • Estáticas e Dinâmicas Técnicas de Predição de Desvio

4. Predição em Software • Delayed Branch -instrução de desvio -sucessor seqüencial -destino de desvio • Tornar a instrução do sucessor seqüencial válida e útil – limitação de possibilidades • Implementada em RISC, IBM 801, RISC I de Berkeley, i860 da Intel, MIPSStanford Técnicas de Predição de Desvio

5. Predição em Software Técnicas de Predição de Desvio

6. Predição em Software • Branch Folding • Cada instrução inclui o endereço de sua sucessora • Emprega-se uma técnica estática para selecionar o destino • O endereço alternativo é armazenado na cache para o caso da previsão incorreta • Implementada em CRISP da AT&T, PowerPC, IBM RISC System 6000 Técnicas de Predição de Desvio

7. Predição em Software • InLine • Substitui chamadas de sub-rotinas pelo código objeto • Vantagem: elimina passagem de parâmetros e chamadas e retornos de procedimentos. • Desvantagem: aumento do código objeto gerado pelo compilador Técnicas de Predição de Desvio

8. Predição em Hardware • Estáticas • Baseiam-se em definições feitas na concepção de um novo processador • Dinâmicas • Baseiam-se em informações coletadas em tempo de execução Técnicas de Predição de Desvio

9. Predição Estática • Sempre tomado • Implementada pelo IBM 360/91 • Nunca tomado • Implementada pelo i960CA, MC68020 e o VAX 11/780 • Média de previsões incorretas igual à freqüência de desvios seguidos (ou não) • Código do comando de desvio Técnicas de Predição de Desvio

10. Predição Dinâmica • Histórico do Desvio • Buffer ou BHT (Branch History Table) • Verificar o comportamento do desvio nas execuções mais recentes • Considerar o número de entradas da BHT e tamanho do histórico armazenado Técnicas de Predição de Desvio

11. Predição Dinâmica Técnicas de Predição de Desvio

12. Predição Dinâmica • Contadores Saturados • Associa aos desvios um contador de controle • Incrementado ao acerto e decrementado caso contrário • Restrição ao tamanho dos contadores • Neutralizar o efeito de outra instrução mapeada na mesma entrada Técnicas de Predição de Desvio

13. Predição Dinâmica • Tabela de Alvos dos Desvios • BTB (Branch Target Buffer) contém os alvos das instruções de desvio • mais eficiente que o BHT: mais informações sobre a instrução alvo • A antecipação reduz a introdução de instruções indevidamente no pipeline • Implementada pelo microprocessador Pentium, março/93 Técnicas de Predição de Desvio

14. Predição Dinâmica • Dois Níveis de História • 1º nível: BHR (Branch History Register) • Informações globais originadas por diferentes instruções de desvio • 2º nível: PHT (Patttern History Table) • Associados ao comportamento de uma instrução de desvio específica • Implementada no Pentium Pro Técnicas de Predição de Desvio

15. Predição Dinâmica Técnicas de Predição de Desvio

16. Predição Dinâmica • Híbridos • Combina diferentes vantagens de outras técnicas, operadas em paralelo • A técnica com maior probabilidade de acerto fornece o resultado • Podendo atingir patamares superiores a 99% Técnicas de Predição de Desvio

17. Predição Dinâmica Técnicas de Predição de Desvio

18. Conclusões • Desempenho das técnicas relaciona-se diretamente com a aplicação • A eficácia não depende apenas da previsão - custo da previsão incorreta • Melhores desempenhos • Combinações de técnicas de Hardware e Software • Preditores híbridos Técnicas de Predição de Desvio