1. Datorteknik DataHazard bild 1 Data Hazards 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1......

2. Datorteknik DataHazard bild 2 IM Reg DMReg Step 3, we calculate $0 - $1 IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 ! ! ! HAZARD ! ! ! OLD VALUE OF $6

3. Datorteknik DataHazard bild 3 IM Reg DMReg Step 4, we calculate $1 + $6 IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1

4. Datorteknik DataHazard bild 4 IM Reg DMReg Step 5, Now we write $6 IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 HAZARD OVER NEW VALUE OF $6 WRITTEN TO REGFILE

5. Datorteknik DataHazard bild 5 IM Reg DMReg Step 2, nop IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 nop IM Reg DMReg IM Reg DMReg

6. Datorteknik DataHazard bild 6 IM Reg DMReg Step 3, nop IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 nop 0x38 nop

7. Datorteknik DataHazard bild 7 IM Reg DMReg Step 4, add $7 $6 $1 IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x3C add $7 $6 $1 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 nop 0x38 nop

8. Datorteknik DataHazard bild 8 IM Reg DMReg Step 5, new $6 used IM Reg DMReg IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x3C add $7 $6 $1 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 nop 0x38 nop

9. Datorteknik DataHazard bild 9 Data Hazards Read After Write Solved by inserting “nop” operations (bubbles) or by hardware “stalling” the pipe

10. Datorteknik DataHazard bild 10 Cost? + Hardware inexpensive - Performance (throughput)

11. Datorteknik DataHazard bild 11 Data Hazards sub $6 $0 $1 add $7 $6 $1 add $7 $7 $6...

12. Datorteknik DataHazard bild 12 IM Reg DMReg We calculate $0 - $1 IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 ! ! ! HAZARD ! ! ! OLD VALUE OF $6

13. Datorteknik DataHazard bild 13 IM Reg DMReg We “forward” the new result IM Reg DMReg 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 HAZARD SOLVED BY “FORWARDING”

14. Datorteknik DataHazard bild 14 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + HERE IS THE RESULT 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 > 0x38 add $7 $7 $1.....

15. Datorteknik DataHazard bild 15 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + WE NEED IT HERE 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 > 0x38 add $7 $7 $1.....

16. Datorteknik DataHazard bild 16 A B 0 DATA WORD 0x30 sub $6 $0 $1 > 0x34 add $7 $6 $1..... sub $6 $0 $1 add $7 $6 $1

17. Datorteknik DataHazard bild 17 = A B 0 REG NR sub $6 $0 $1 add $7 $6 $1 0x30 sub $6 $0 $1 > 0x34 add $7 $6 $1.....

18. Datorteknik DataHazard bild 18 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 0x38 add $7 $7 $6 > 0x3C sw $5 4($0)

19. Datorteknik DataHazard bild 19 ALU A B 0 = = 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 > 0x38 add $7 $7 $6..... sub $6 $0 $1 add $7 $6 $1add $7 $7 $6

20. Datorteknik DataHazard bild 20 ALU A B 0 = = = = 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $7 $6 $1 > 0x38 add $7 $7 $6..... sub $6 $0 $1 add $7 $6 $1add $7 $7 $6

21. Datorteknik DataHazard bild 21 Data Hazards sub $6 $0 $1 add $6 $6 $1 add $7 $6 $1...

22. Datorteknik DataHazard bild 22 ALU A B 0 = = = = 0x30 sub $6 $0 $1 0x34 add $6 $6 $1 > 0x38 add $7 $6 $1..... sub $6 $0 $1 add $6 $6 $1add $7 $6 $1

23. Datorteknik DataHazard bild 23 Performance No “Bubbles” or “Stalls” –increased throughput But did we change the critical path? –Topological sort –Static timing analysis

24. Datorteknik DataHazard bild 24 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + = = = =

25. Datorteknik DataHazard bild 25 = = Forwarding Logic & W Reg # & >=1 W DRD/DWT DATA

26. Datorteknik DataHazard bild 26 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + = = = = Critical path ALU?

27. Datorteknik DataHazard bild 27 Branch logic Sgn/Ze extend Zero ext. ALU A B 31 0 4 + + = = = = Critical path DATA MEMORY?

28. Datorteknik DataHazard bild 28 All problems solved? NO, what will happen if...... lw $6 $0($1) add $4 $6 $1 add $7 $6 $2

29. Datorteknik DataHazard bild 29 IM Reg DMReg OK, “DM” to “DE” IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 lw $6 $0($1) 0x34 add $4 $6 $1 0x38 add $7 $6 $2

30. Datorteknik DataHazard bild 30 IM Reg DMReg “DM” to “EX” ? IM Reg DMReg IM Reg DMReg 0x30 lw $6 $0($1) 0x34 add $4 $6 $1 0x38 add $7 $6 $2