Hazard Condition
해저드 조건
1a. EX/MEM.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs
1b. EX/MEM.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt
2a. MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs
2b. MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt
뒤의 명령어에서 계산하려는 레지스터가 앞의 명령어의
1유형 : EX/MEM 단계에서 사용되고 있을 때
2유형 : MEM/WB 단계에서 사용되고 있을 때
예)
sub $2, $1, $3
and $12, $2, $5
or $13, $6, $2
add $14, $2, $2
sw $15, 100($2)
sub과 and 사이에서는 1a 해저드 발생
- and 에서 쓰는 2번 레지스터는 현재 sub 의 EX/MEM 에서 사용 중
sub과 or 사이에서는 2b 해저드 발생
- or 에서 쓰는 2번 레지스터는 현재 sub 의 MEM/WB 에서 사용 중
sub 과 add, sub 과 sw 사이에서는 종속성은 있으나 해저드 발생 x
또한,
레지스터 쓰기를 하지 않는 명령어나,
목적지의 레지스터가 $0 인 레지스터에서는 해저드가 발생하지 않아
전방전달을 할 필요가 없다.
전방전달을 위한 유닛과 MUX 추가
MUX :
전방전달 받은 측에서는
값을 내가 읽은 명령어의 레지스터 주소에서 바로 가져올 것인지
아니면 전방전달 된 값으로 연산을 진행할 것인지 판별 필요
Forwarding Unit :
전 명령어의 쓰기하는 레지스터가 0인지를 가져온다.
이후 결과에 따라서 MUX 들을 제어한다.
전방전달 유무에 따른 회로 비교
전방전달 MUX의 제어신호
| MUX 제어신호 | 근원지 | 설명 |
|---|---|---|
| forwardA = 00 | ID/EX | ALU의 첫번째 피연산자가 레지스터 파일에서 온다. |
| forwardA = 10 | EX/MEM | ALU의 첫번째 피연산자로 직전 명령어의 ALU 결과가 전방전달 (1a 해저드) |
| forwardA = 01 | MEM/WB | ALU의 첫번째 피연산자로 데이터 메모리에서 읽은 값 또는 전전 명령어의 ALU 결과가 전방전달(2a) |
| forwardB = 00 | ID/EX | ALU의 두번째 피연산자가 레지스터 파일에서 온다. |
| forwardB = 10 | EX/MEM | ALU의 두번째 피연산자로 직전 명령어의 ALU 결과가 전방전달 (1b) |
| forwardB = 01 | MEM/WB | ALU의 두번째 피연산자로 데이터 메모리에서 읽은 값 또는 전전 명령어의 ALU 결과가 전방전달 된다.(2b) |
이중 데이터 해저드
add $1, $1, $2
add $1, $1, $3
add $1, $1, $4
1번 레지스터에다가 2번, 3번, 4번 레지스터 값을 연속해서 더하는 코드이다.
당연히 둘째 줄에서 1a, 셋째 줄에서 2a 해저드가 발생할 것이다.
이때의 전방전달은 두 값 중 최신의 값을 사용해야 하므로
종류 1 해저드로 인식을 먼저 하고 전방전달한다.
종류 2 해저드는 1이 없을 때만 한다.
완성된 전방전달 제어식
결론적으로 데이터 해저드는
앞의 명령어가 연산 후 RegWrite 하는 명령어이고
그 목적지 레지스터는 0번 레지스터가 아님과 동시에
지금 참조하려는 소스 레지스터와 같을 때 ForwardA = 10 을 발생하고 (1a)
그게 아니라 앞앞의 명령어가 연산 후 RegWrite 하는 명령어이고
그 목적지 레지스터는 0번 레지스터가 아님과 동시에
지금 참조하려는 소스 레지스터와 같을 때 ForwardA = 01 을 발생하고 (2a)
이들 중 단 하나도 해당하지 않는다면 전방전달을 하지 않는다. ForwardA = 00
또한,
앞의 명령어가 연산 후 RegWrite 하는 명령어이고
그 목적지 레지스터는 0번 레지스터가 아님과 동시에
지금 참조하려는 타겟 레지스터와 같을 때 ForwardB = 10 을 발생하고 (1b)
그게 아니라 앞앞의 명령어가 연산 후 RegWrite 하는 명령어이고
그 목적지 레지스터는 0번 레지스터가 아님과 동시에
지금 참조하려는 타겟 레지스터와 같을 때 ForwardB = 01 을 발생하고 (2b)
이들 중 단 하나도 해당하지 않는다면 전방전달을 하지 않는다. Forward = 00