流水线设计..ppt

流水线设计 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 目录 流水线设计 流水线定义 高级流水线 1 2 3 4 处理器性能参数 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 目录 流水线设计 流水线定义 高级流水线 1 2 3 4 处理器性能参数 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 倍频系数 主频 主频 = 外频 * 倍频系数 外频 处理器性能参数 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 流 水 线 制 造 工 艺 前端总线频率 指 令 集 缓 存 处理器性能参数 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 目录 流水线设计 流水线定义 高级流水线 1 2 3 4 处理器性能参数 流水线定义 流水线定义 流水线定义 流水线定义 Ifetch 取指 1 Reg/Dec:取操作数和译码 2 Exec:执行 3 Mem:存储器访问 4 Wr:写回 5 从指令存储器取出指令 取寄存器和指令译码 计算存储器的地址 从数据存储器中读取数据 将数据写回到寄存器堆 理想流水线 假设所有指令均完全独立 流水线定义 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 流水线技术无助于减少单个任务的处理延时，但有助于提高整体工作负载的吞吐率 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 多个不同任务同时操作，使用不同资源 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 流水线的速率受限于最慢的流水段 1 2 3 流水线性质 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 流水段的执行时间如果不均衡，那么加速比就会降低 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 开始填充流水线的时间 和 最后排放流水线的时间降低加速比 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 相关将导致流水线暂停 4 5 6 流水线性质 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 目录 流水线设计 流水线定义 高级流水线 1 2 3 4 处理器性能参数 流水线级数选择 流水线的相关问题 流水级分配 流水线级数选择 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 每一级的逻辑通路就越短，时钟周期就越快，处理器的性能也就越高 流水级数大的优势 流水线级数选择 点击添加文本 点击添加文本 流水级数大的劣势 3、锁存硬件开销也将逐渐增大 2、传输延迟变大 还需要有固定的锁存开销时间 1、指令流的断流所产生的延迟增加 流水线级数选择 点击添加文本 点击添加文本 L:逻辑通路长度 t:锁存开销时间 k：连续执行指令数 nmax：最佳流水线长度 流水线级数选择 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 减少t值 价格目标 性能 流水级分配 流水级分配 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 优点：流水级之间彼此独立，中间信号可以减少，减少中间锁存的开销 依据功能划分 点击添加文本 点击添加文本 缺点：很难完全平衡流水线中各流水级的操作 点击添加文本 1 前一个子功能流水级的输出是下一个子功能流水级的输入 点击添加文本 2 点击添加文本 3 点击添加文本 4 所划分的子功能流水线的功能等价于原功能 点击添加文本 5 在各子功能流水级之间仅存在输入与输出的联系， 而无其它任何内部联系 各子功能流水级的功能实现可由硬件完成 各子功能流水级的执行时间通常相等 流水级分配 原则 原则 原则 原则 原则 流水线的相关问题 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 流水线的相关会造成流水线的断流，影响整个流水线的效率 流水线相关：是指邻近指令之间由于某种关系，出现了不能同时被流水操作的现象 流水线的相关问题 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 资源相关 局部性相关 数据相关 全局性相关 变址转移 中 断 在同一机器时钟周期内争用同一个功能部件所发生的冲突 资源相关 解决方法： ①将取指操作推迟一个时钟 ②增设一个存储器，将指 令和数据分开存放 ③ 采用双端口存储器 流水线的相关问题 流水线的相关问题 解决办法1 解决办法2 流水线的相关问题 在程序中，一条指令的执行需等前一条指令执行完后才能进行 例： 解决方法： ①推迟ADD指令的取数操作 ②采用数据旁路（内部向 前）技术，直接把结果 送给下一条指令。 取数 译码 取指 ADD 执行 取数 译码 取指 SUB 4 3 2 1 时钟 指令 数据相关 流水线的相关问题