[멀티코어CPU] 03. 의존성과 프로세서 기본 동작

 

 

정내훈 교수님이 추천한 책

「 프로그래머가 몰랐던 멀티코어 CPU 이야기」 - 김민장 지음 

위의 책을 토대로 공부한 내용이 작성되었음

 

 

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- 데이터 의존성 (Data dependence)

 : 명령어들 사이의 데이터 흐름, 프로그램의 문맥을 결정하는 중요 요소

 : 의존성이 있는 명령어 → 순서대로 실행되어야 함

 

 : 읽기/쓰기 순서에 따라 분류됨

// RAW 의존성
x = y + 1;
z = x * 2; 

// 변수 x는 1번 명령이 계산 결과를 만들고 2번 명령이 이를 사용함
// 변수 x에 Read - After - Write 의존성이 존재



// WAR 의존성
z = x * 2;
x = y + 1;

// 변수 x에 Write - After - Read 의존성이 존재



// WAW 의존성
x = Z * 2;
x = y + 1;

// 같은 대상에 값이 쓰여짐
// 변수 x에 Write - After - Write 의존성이 존재


// RAW 의존성은 진짜 의존성, 나머지는 가짜 의존성
// 가짜 의존성은 RAW식으로 변경 가능

 

 

 

 

- 컨트롤 의존성

 : 실행 흐름으로 인한 의존성  →  조건 분기문

 : 무조건적으로 분기문은 컨트롤 의존성을 만들진 않음  →  단순 함수호출

 : PC레지스터에 의한 RAW 데이터 의존성으로도 볼 수 있음

 

 

 

- 메모리 의존성

 : 포인터로 인한 메모리 의존성 파악은 쉽지 않다  →  그 메모리가 어떤 메모리 영역을 가르키고 있는지에 따라서 의존성 여부와 종류가 결정됨

 : 주어진 명령어 사이에 메모리 의존성의 여부를 파악하는 것  →  메모리 명확화 / 포인터 분석

 

 

 

 - 루프 전이 의존성

 : RAW, WAR, WAW 의존성 존재

 : 어떤 루프이건 루프 전이 의존성이 제거되면 이 루프는 병렬화가 가능해짐

 : 루프 병합, 루프 바꾸기 같은 최적화도 의존성 분석을 해야만 가능

or(int i=1; i<N; i++)
	A[i] = A[i-1] + 1;
// 루프 순환에 따른 2번 구문의 메모리 접근
i=1: A[1] = A[0] + 1;
i=2: A[2] = A[1] + 1;	// A[1]에 대한 RAW 의존성
i=3: A[3] = A[2] + 1;	// A[2]에 대한 RAW 의존성

 

 

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 →  명령어 사이의 의존성이 없다면 이들은 어떤  순서 or 병렬로 실행되어도 상관 없음

 →  의존성 분석을 통해 어떤 순서 혹은 병렬로 실행되어도 상관이 없는지 알 수 있음 (명령어 실행 순서를 정할 수 있음). 이를 명령어 재배치 / 명령어 스케줄링 최적화라 함

 

 

 

 

- CPU의 명령어 처리 

 1) ALU 연산 : 사칙, 논리 연산

 2) 메모리 로드 : 피연산자에 기록된 메모리 주소를 구해 지정된 레지스터에 값을 씀

 3) 메모리 스토어 : 주어진 레지스터의 내용을 지정된 메모리 주소에 씀

 4) 분기문 : 주어진 조건을 계산해 다음 수행될 PC얻음

 

 

 

- 명령어 처리 방법

 1) 명령어 인출

   : 처리할 명령어를 IP/PC 레지스터가 가르키고 있는 메모리로부터 가져옴

 2) 명령어 해독

   : 명령어가 어떤 일을 해야 하는지 파악

 3) 피연산자 인출

   : 피연산자를 읽음 → 주소모드에 따라 레지스터 / 상수 / 메모리 주소로 번역됨

   : 상수는 인코딩되어 있어 해독 단계에서 읽은 내용을 바로 쓸 수 있음

   : 레지스터는 목적에 따라 범용 목적 레지스터, 부동 소수점 레지스터, 컨트롤 레지스터, 디버그 레지스터, PC가 있음

   : 메모리 주소를 가르키면 가져올 메모리의 주소와 그 주소의 데이터를 읽음

 4) 명령어 실행

   : 지시에 따라 실제 계산을 수행함

 5) 결과 저장