Superscalar VS Superpipeline

Superscalar

Adalah arsitektur prosessor yang memungkinkan eksekusi yang bersamaan (parallel) dari instruksi yang banyak pada tahap pipeline yang sama sebaik tahap pipeline yang lain.

Superscalar mampu menjlankan Instruction Level Parallelism dengan satu prosesor. Superscalar dapat diaplikasikan di RISC dan CISC, tapi pada umumnya RISC.

Pipeline

Adalah meningkatkan kinerja komputer dengan cara saling overlap tahapan dari instruksi yang berbeda.

Pada pipenline untuk melakukan proses (stages) overlapping dibutuhkan paling tidak setengah clock. Sedangkan superscalar mengijinkan proses untuk bekerja secara bersamaan pada saat clock yang sama.

Superscalar VS Superpipeline

Contoh CPU yang telah menerapkan arsitektur superscalar : Intel Processors

• 486, Pentium, Pentium Pro

Superscalar Processor Design

• Use PowerPC 604 as case study

• Speculative Execution, Register Renaming, Branch Prediction

More Superscalar Examples

• MIPS R10000

• DEC Alpha 21264

Berikut perbandingan superscalar dengan system i386

Cycles Per Instruction

Instruction Type 386 Cycles 486 Cycles
Load 4 1
Store 2 1
ALU 2 1
Jump taken 9 3
Jump not taken 3 1
Call 9 3

Superscalar dapat mengeksekusi instruksi 1 (I1) dan instruksi 2 (I2) secara pararel dengan syarat

– Keduanya instruksi yang sederhana

– I1 tidak melakukan proses jump

– Tujuan (destination) dari I1 bukan sumber (source) dari I2

– Tujaun (destinition) dari I1 bukan tujuan (destination) dari I2

Jika kondisi diatas tidak dapat dipenuhi

– I1 melakukan proses U-pipe

– I2 dijalankan di cycle berikutnya

Pengertian Superscalar

Salah satu jenis dari arsitektur, dimana superscalar adalah sebuah uniprocessor yang dapat mengeksekusi dua atau lebih operasi scalar dalm bentuk paralel.

n Satu kesatuan instruksi (berupa ; arithmetic, pembacaan/penyimpanan, conditional branch) yang dapat diinisialisasi dan dieksekusi secara bebas (tidak tergantung instruksi lain).

n Seperti yang diaplikasikan pada sistem RISC & CISC

Alasan desain Superscalar

n Sebagian besar operasi menggunakan besaran/nilai skalar

n Operasi ini memungkinkan peningkatan kinerja sistem hingga level tertentu

Organisasi Superscalar secara umum

Superpipelined

n Banyak tahapan pipeline membutuhkan kurang dari setengah siklus clock.

n Penggandaan kecepatan dari internal clock memungkinkan untuk melakukan dua tugas pada satu siklus external clock

n Superscalar dapat melakukan fetch dan execute secara parallel

Superscalar vs Superpipeline

Superscalar Implementation

n Proses fetch dari beberapa instruksi secara bersamaan.

n Logika untuk menentukan ketergantungan sebenarnya yang meliputi nilai register

n Mekanisme untuk mengkomunikasikan nilai tersebut.

n Mekanisme untuk menginisialisasi instruksi paralel.

n Tersedianya sumber untuk eksekusi paralel dari beberapa instruksi.

n Mekanisme processing instruksi dengan urutan yg sesuai.

Pentium 4

n 80486 - CISC

n Pentium – ada beberapa komponen superscalar

¨ 2 unit eksekusi integer yang terpisah

n Pentium Pro – Full superscalar

n Memperhalus models subsequent & Meningkatkan design superscalar

Pentium 4 Block Diagram

Pentium 4 Operation

n Pengambilan instructions pada memory dari urutan static program

n Menterjemahkan instruction menjadi satu atau lebih instruksi RISC dengan panjang yg tetap (micro-operations)

n Meng-eksekusi micro-ops pada pipeline superscalar

¨ micro-ops boleh dieksekusi tanpa berurutan

n Memasukan hasil dari micro-ops ke register set dalam urutan orisinil program.

n Penggabungan CISC (bagian terluar) dengan RISC (bagian terdalam)

n Pada pipeline RISC terdapat 20 tahapan

¨ Beberapa micro-ops memerlukan banyak tahapan eksekusi

n Pipeline terpanjang

¨ Pada x86 hingga Pentium ada 5 tahapan pipeline

Pentium 4 Pipeline

Pentium 4 Pipeline Operation (1)

Pentium 4 Pipeline Operation (2)

Pentium 4 Pipeline Operation (3)

Pentium 4 Pipeline Operation (4)

Pentium 4 Pipeline Operation (5)

Pentium 4 Pipeline Operation (6)

PowerPC 601
Pipeline
Structure

PowerPC 601 Pipeline