chp5-4_流水线1讲述.ppt

* 5.8 RISC CPU 几个问题： 怎样判断能否发射呢? 可以采用计分牌的方法 如何保证按序完成？ FIFO指令队列 如何对待控制相关（转移指令）？ 采用延迟转移法和目标指令cache法 * 5.8 RISC CPU 计分牌： 计分牌是一个位向量、每一位对应寄存器堆中的一个寄存器。 指令发射时，目的寄存器在计分牌中相应位为1；写回后清0 判断指令可否发射的条件是： 该指令的所有目的寄存器、源寄存器在向量位中对应的位都为0 否则，等待这些位清除 * 5.8 RISC CPU FIFO队列 FIFO队列称为历史缓冲器，每当一条指令发射后，副本传入FIFO队列队尾 只有当前面的指令执行完毕，才到达队首， 执行完毕后，离开队列 * 5.8 RISC CPU 延迟转移法 可选 如果采用延迟转移选项，则转移指令后的转移延迟时间内指令被发射 否则，指令照常发送 指令Cache（TIC）法 是一个32位的全相联Cache，用来保存转移路径的前两条指令 * 5.8 RISC CPU 例5 超标量流水线结构如下 * 5.8 RISC CPU I1 LDA R1, A I2 ADD R2, R1 I3 ADD R3, R4 I4 MUL R4, R5 I5 LDA R6, B I6 MUL R6, R7 画出按序完成各段推进情况图 画出按序完成流水线时空图 RAW WAR WAW * 5.8 RISC CPU I6 * 5.8 RISC CPU * 5.9 多媒体 CPU 多媒体概念 指利用计算机来综合、集成地处理文字、图形、图象、声音、视频、动画等媒体，从而形成的一种全新的信息传播和处理的计算机技术。主要特征： 信息表示的数字化 处理的集成性 系统的交互性 * 5.9 多媒体 CPU 主要技术问题 压缩和解压缩技术 静态 640*480的256色图象约占640*480*1B=307200B＝300K 640*480的24Bit彩色图象约占640*480B*3=921600B=900K 动态 每秒钟30桢（播放256色） 则每秒钟处理300K*30=9M，而ISA总线的传输率只有5MBPS 结论：多媒体信息量大，给信息处理和传输带来了困难 * 5.9 多媒体 CPU 解决方法： 压缩技术 JPEG（Joint Photographic Experts Group MPEG（Moving Picture group） 软件技术 多媒体OS 多媒体处理软件 硬件技术 MMX（多媒体扩展技术） 动态执行技术 * 5.9 多媒体 CPU MMX（多媒体扩展技术） MMX是Intel为增强处理器的多媒体能力而提出的解决方案，它是57个多媒体指令集合。这些指令是为高效地处理视频、声音和图形数据而专门设计的 Intel使用SIMD(单指令流，多数据流)过程来实现这些多媒体指令。 * 5.9 多媒体 CPU 多媒体和通信应用中经常使用重复运行的循环，这些循环只占程序代码的10%或更少，却要占用多达90%的执行时间。 SIMD允许一条指令在多个数据上进行相同的操作。由于循环是打乱CPU内部流水线，降低CPU执行效率的一个重要因素， MMX指令，减少了循环，能大大提高原来存在大量计算性循环的视频、声音和图象等多媒体应用的性能。 * 5.9 多媒体 CPU MMX指令处理的数据类型称作分组数据(packet data)，每个分组数据总是64位的。 8个字节 4个16位字 2个32位双字 一个64位数据 * 5.9 多媒体 CPU MMX一次可以计算64位数据，而Intel处理器上的通用寄存器是32位的，因此它借用浮点运算器80位的寄存器来存放数据。 虽然借用了浮运算器的寄存器，但数据的处理或运算并不是在浮点运算器中进行，而是在专门的整数处理单元中进行。 8个80位的浮点数据寄存器，在进行浮点运算的时候ST0～ST7 在进行MMX运算的时候，MM0～MM1 从总体上说，MMX指令属于整数指令。（但是这个整数指令可以处理图像、图形、音频、通讯、信号处理等其他功能） * 5.9 多媒体 CPU MMX指令的先进性体现在以下五个方 SIMD结构  饱和运算方式 积和运算方式 比较指令 转换指令 * 5.9 多媒体 CPU SIMD结构： 利用CPU64的带宽，一次可以并行处理8个8位数据，或4个16位数据等 饱和运算： 在运算结果最大值，按最大值计算 运算结果最小值，按最小值计算 不用处理溢出，提高了处理能力 适合于象素数据的处理 * 5.9 多媒体 CPU 在图像处理里经常有（比如说增加亮度）两种灰度值运算后要判断只是否大于255或小于0，根据结果再取255或0，现在只要一条指令。　　这几条指令分别是：　　PAD