Multi Cycle Implementation

저번 포스트에서는 single cycle implementation에 대해 알아보았습니다. 이는 한 사이클에 반드시 한 명령어를 처리하기 때문에 단순하고 간단하다는 장점은 있지만, 단점이 2개 있습니다.

1. 하나의 clock cycle에 다 처리를 해야하므로 필연적으로 slowest time에 모든 cycle time이 맞춰지게 됩니다.

2. 불필요하게 자원을 중복해서 사용합니다.

이를 해결하기 위한 방법이 Multi Cycle Implementation이며 이는 3가지 특징을 가집니다.

1. 하나의 명령어를 작은 단계들로 나눔

2. 나눠진 작은 단계들은 하나의 clock cycle을 소모

3. 명령어마다 cycle 수를 다르게 지정 ex) R-type: 4cycles, Load: 5cycles

아래 그림을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.

Concept

multi cycle의 전제는 아래와 같습니다.

1. 한 사이클에 단일 자원만을 사용해서 자원 사용량을 줄임

2. 연산 결과를 다음 단계로 전달하기 위해 임시 레지스터를 사용

3. 한 번에 하나의 주요 작업을 함

CPI

multi cycle도 단점은 존재합니다. CPU의 performance를 결정하는 것 중 하나는 CPI(Instruction 당 소모하는 clock cycle의 수)가 있습니다. cycle time을 줄였지만, CPI가 늘어났기 때문에 마냥 성능이 향상 됐다고는 할 수 없습니다.

하지만 이걸 기반으로 성능을 획기적으로 향상 시킬 수 있는 방법이 있는데, 이는 다음 포스트에서 작성하도록 하겠습니다.