[SPARC] 18. Branch Delay Slot 의 발생 이유

지난 글에서는 분기 명령어의 종류와 사용 방법, 그리고 예제들을 살펴보았다.

간단하게 정리하면 분기 명령어 중 조건 분기와 무조건 분기는 CC 코드를 이용해 분기 명령어에 적힌 조건을 파악하기 때문에, 명령어를 실행시키기 전에 반드시 조건식의 CC 코드를 발생시켜 두어야 했다.

그리고 분기 명령어의 실행 직후에는 Branch Delay Slot 이 반드시 발생하였다.

 

이번 글에서는 Branch Delay Slot 이 발생하는 이유를 실제 명령어의 실행 파이프라인을 따라가보며 정리해보고자 한다.

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다음과 같은 명령어를 순차적으로 실행시킨다고 하자.

ble next_r        - A
add R1, R2, R3    - B
mov 130, R4       - C

...

next_r:           - D
    add R3, R4, R1
    set str, %o0
    ...

SPRAC 의 파이프라인인 F > E > M > W 의 순서로 시간을 따라가보자.

 

T1 시점

F : A 명령어를 가져와 해석한다.

E :

M :

W :

T2 시점

F : B 명령어를 가져와 해석한다.

E : A 명령어의 해석 결과 분기를 해야한다고 판단한다.

M :

W :

T3 시점

F : 분기 지점에 있는 D 명령어를 가져와 해석한다.

E : B 명령어의 해석 결과대로 실행한다.

M : A 명령어는 메모리의 조작과 관련 없는 명령어이므로, 이 단계는 실행되지 않는다. (맞겠지..?)

W :

 

t3 시점에서, 분기를 하였음에도, t2 시점에서 fetch 한 B 명령어가 파이프라인에 남아있어 계속 실행된다.

분기 실행시, 다음에 실행할 명령어 주소를 하드웨어적으로 앞으로 넘기기 때문에 PC + 4 주소가 아닌 분기된 곳 명령어가 위치한 주소가 넘어간다.

T4 시점

F : ...

E : D 명령어가 실행된다.

M : B 명령어의 실행결과를 메모리에 쓴다.

W :

 

이때, B 명령어가 쓴 실행결과가 의도된 D 명령어의 실행결과에 영향을 주게 된다.

따라서 B 명령어가 위치한 곳을 비워 nop 로 만들어두어야 한다.

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SPARC 는 분기 명령어 직후의 명령어 ( 이 위치를 Branch Delay Slot 이라고 함 ) 를 분기 여부에 상관없이 반드시 실행한다.

따라서 이 곳에 예상치 못한 명령을 실행시키지 않기 위해 nop 를 넣어두는데, 이는 퍼포먼스의 낭비가 된다.

다음 글에서는 이 퍼포먼스의 낭비를 막기 위해, Branch Delay Slot 을 최적화하는 여러가지 방법에 대해 정리하여보겠다.