Algoritmos para compressão de microcodigo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Borin, Edson, 1979-
Data de Publicação: 2007
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819
Resumo: Orientador: Guido Costa Souza de Araujo
id UNICAMP-30_bace48d78407db1ac394bf282d43e44b
oai_identifier_str oai::399604
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Algoritmos para compressão de microcodigoMicrocode compression algorithmsArquitetura de computadorCompressão de dados (Computação)Computer architectureData compression (Computer science)Orientador: Guido Costa Souza de AraujoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Microprogramação é uma técnica comum no projeto de unidades de controle em processadores. Além de facilitar a implementação da unidade de controle, o microcódigo pode ser modificado para adicionar novas funcionalidades ou aplicar correções a projetos já existentes. À medida que novas funcionalidades são adicionadas à CPU, a área e o consumo de energia associados ao microcódigo também aumentam. Em um projeto recente de um processador da Intel, direcionado a baixo consumo de energia e área reduzida, estimou-se que a área e o consumo de energia associados ao microcódigo corresponderiam a 20% do total do chip. Neste trabalho, investigamos a utilização de técnicas de compressão para reduzir o tamanho do microcódigo. A partir das restrições impostas no projeto de processadores de alto desempenho, fizemos uma análise qualitativa das técnicas de compressão de código e microcódigo e mostramos que a compressão de microcódigo em dois níveis é a técnica mais adequada para se comprimir o microcódigo nesses processadores. Na compressão de microcódigo em dois níveis, as microinstruções são substituídas por apontadores para dicionários que armazenam os padrões de bits extraídos do microcódigo. Os apontadores são armazenados em uma ROM denominada ¿vetor de apontadores¿ e os padrões de bits residem em ROMs distintas, denominadas ¿dicionários¿. A técnica também permite que as colunas do microcódigo sejam agrupadas em conjuntos de forma a reduzir o número de padrões de bits nos dicionários. O agrupamento de colunas similares é fundamental para minimizar o número de padrões de bits nos dicionários e, conseqüentemente, maximizar a redução do tamanho do microcódigo. A principal contribuição desta tese é um conjunto de algoritmos para agrupar as colunas do microcódigo e maximizar a compressão. Resultados experimentais, com microcódigos extraídos de processadores em produção e em estágios avançados de desenvolvimento, mostram que os algoritmos propostosmelhoram de 6% a 20% os resultados obtidos com os outros algoritmos encontrados na literatura e comprimem o microcódigo em até 50% do seu tamanho original. Ainda neste trabalho, identificamos a necessidade de se comprimir o microcódigo com restrições no número de dicionários e na quantidade de colunas por dicionário. Também provamos que, com essas restrições, o agrupamento de colunas do microcódigo é um problema NP-Completo. Por fim, propomos um algoritmo para agrupar colunas sob estas restrições. Os resultados experimentaismostram que o algoritmo proposto é capaz de produzir bons resultados de compressãoAbstract: Microprogramming is a widely known technique used to implement processor control units. Microcode makes the control unit design process easier, as it can be modified to enhance functionality and to apply patches to an existing design. As more features get added to a CPU core, the area and power costs associated with the microcode increase. In a recent Intel internal design, targeted to low power and small footprint, the area and the power consumption costs associated with the microcode approached 20% of the total die. In this work, we investigate the use of compression techniques to reduce the microcode size. Based on the constraints imposed by high performance processor design, we analyze the existing microcode and code compression techniques and show that the two level microcode compression technique is the most appropriate to compress the microcode on high performance processor. This technique replaces the original microinstructions by pointers to dictionaries that hold bit patterns extracted from the microcode. The ¿pointer arrays¿ and the ¿dictionaries¿ are ROMs that store the pointers and the bit patterns, respectively. The technique allows the microcode columns to be grouped into clusters, so that the number of bit patterns inside the dictionaries is reduced. In order to maximize the microcode compression, similar columns must be grouped together. The main contribution of this thesis is a set of algorithms to group similar microcode columns into clusters, so as to maximize the microcode size reduction. Experimental results, using microcodes from production processors and processors in advanced development stages, show that the proposed algorithms improve from 6% to 20% the compression results found by previous works and compress the microcode to 50% of its original size. We show the importance of compressing microcode under design constraints such as the number of dictionaries and the number of columns per dictionary. We also prove that, under these constraints, the problem of grouping similar columns is NP-Complete. Finally, we propose an algorithm to group similar columns under such constraints. The experimental results show that the proposed algorithm provides good compression resultsDoutoradoArquitetura de ComputadoresDoutor em Ciência da Computação[s.n.]Araújo, Guido Costa Souza de, 1962-Fernandes, Edil Severiano TavaresBreternitz Junior, MauricioCentoducatte, Paulo CesarAzevedo, Rodolfo Jardim deSantos, Luiz Claudio Villar dosRigo, SandroUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBorin, Edson, 1979-20072007-04-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf120f. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819BORIN, Edson. Algoritmos para compressão de microcodigo. 2007. 120f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819. Acesso em: 2 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/399604porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T04:51:33Zoai::399604Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T04:51:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Algoritmos para compressão de microcodigo
Microcode compression algorithms
title Algoritmos para compressão de microcodigo
spellingShingle Algoritmos para compressão de microcodigo
Borin, Edson, 1979-
Arquitetura de computador
Compressão de dados (Computação)
Computer architecture
Data compression (Computer science)
title_short Algoritmos para compressão de microcodigo
title_full Algoritmos para compressão de microcodigo
title_fullStr Algoritmos para compressão de microcodigo
title_full_unstemmed Algoritmos para compressão de microcodigo
title_sort Algoritmos para compressão de microcodigo
author Borin, Edson, 1979-
author_facet Borin, Edson, 1979-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Araújo, Guido Costa Souza de, 1962-
Fernandes, Edil Severiano Tavares
Breternitz Junior, Mauricio
Centoducatte, Paulo Cesar
Azevedo, Rodolfo Jardim de
Santos, Luiz Claudio Villar dos
Rigo, Sandro
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Computação
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Borin, Edson, 1979-
dc.subject.por.fl_str_mv Arquitetura de computador
Compressão de dados (Computação)
Computer architecture
Data compression (Computer science)
topic Arquitetura de computador
Compressão de dados (Computação)
Computer architecture
Data compression (Computer science)
description Orientador: Guido Costa Souza de Araujo
publishDate 2007
dc.date.none.fl_str_mv 2007
2007-04-04T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv (Broch.)
https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819
BORIN, Edson. Algoritmos para compressão de microcodigo. 2007. 120f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819. Acesso em: 2 set. 2024.
identifier_str_mv (Broch.)
BORIN, Edson. Algoritmos para compressão de microcodigo. 2007. 120f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819. Acesso em: 2 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1604819
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/399604
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
120f. : il.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809188964686364672

Registros relacionados