2015.5.12 出題分コンピュータアーキテクチャII 課題解答例 1 レポート課題１）次の用語を説明せよ． 1. パイプライン制御 2. 構造ハザード 3. 制御ハザード 4. データハザード 5. ストール 6. フォワーディング２）次の命令列においてハザードが発生する箇所を指摘し，パイプラインがストールしないように命令を並び替えよ．（もちろん，実行結果が同じになるように並び替えなければならない．） lw $s1, 0($s0) lw $s2, 4($s0) sub $s3, $s1, $s2 sw $s3, 12($s0) lw $s4, 8($s0) add $s5, $s1, $s4 sw $s5, 16($s0) 2 解答例１）省略（教科書の該当事項を参照のこと）．その上で，わからないことがあれば，具体的に質問してください．２）フォワーディング機構があるものとする．そのときでも，lw 命令でロードしたデータを直後の命令が使用する場合は，ハザードが避けられない．しかし，２命令後ならば，ハザードは避けられる．このことを念頭において考える．まず，データ依存関係を見てみよう． 1. sub 命令の$s1 が１番目の lw 命令にデータ依存 2. sub 命令の$s2 が２番目の lw 命令にデータ依存 3. １番目の sw 命令の$s3 が sub 命令にデータ依存 4. add 命令の$s1 が１番目の lw 命令にデータ依存 5. add 命令の$s4 が３番目の lw 命令にデータ依存 1 6. ２番目の sw 命令の$s5 が add 命令にデータ依存このうち，（フォワーディング機構があるとして）ハザードを起こすのは２項と５項である．これらのハザードを解消するには，以下のようにすれば良い．３番目の lw 命令は，それより前のどの命令にもデータ依存しないから，前へ移動してよい．そこで，２番目の lw 命令の次の位置に移動する（下のプログラム参照）．この結果，上記の２項，５項とも lw 命令の直後でロードしたデータを使うという状況が解消され，ハザードが解消される． lw $s1, 0($s0) lw $s2, 4($s0) lw $s4, 8($s0) sub $s3, $s1, $s2 sw $s3, 12($s0) add $s5, $s1, $s4 sw $s5, 16($s0) なお，フォワーディング機構がない場合は，間に２命令入らないとハザードが解消できないので，この例では，ストールが避けられない．（並べ替え後のプログラムにおいて，ストールは，sub 命令のところで１クロック分，１番目の sw 命令のところで２クロック分，２番目の sw 命令のところで２クロック分発生する．（add 命令のところでストールは発生しない．） 2