流水线中相关.PPTVIP

(1) 指令发射(issue)：指令从译码段(ID)进入 执行段(EX)。 相应的指令称为已发射的指令。 (2) DLX整数流水线中，可以在ID段检测所有的 数据相关； 若数据相关，则在指令流出前，让其暂停。 (3) 可以在ID段确定需要什么样的定向，并设置 相应的控制； 这样能减少硬件复杂度(因为不必挂起已 改变了机器状态的指令）。 6. 对DLX流水线控制的实现 3.3 流水线中的相关 (4) 也可以在需要用到操作数的那个时钟周期检测 相关或定向；(5) 举例说明： ◆ 由Load指令引起的RAW相关的互锁(简称Load  互锁)可以通过ID段的检测来实现； ◆ 到ALU输入的定向可以在EX段实现。 Load互锁 ◆ 流水线相关硬件可以检测到的各种相关情况 可以看出，仅需把Load指令的目的寄存 器地址与Load指令后的两条指令的源寄存器 地址进行比较。 3.3 流水线中的相关 ◆ 在ID段检测是否需要启动Load互锁需要进行 三种比较 ◆ 当检测到相关后，控制部件必须在流水线中 插入暂停周期，并使IF和ID段中的指令停止 前进。 将ID/EX中的控制部分清“O”。 IF/ID内容回送到其自身入口。 定向逻辑 ◆ 有更多的情况要考虑 ◆ 关键思路：流水线寄存器不仅包含数据，而且 包含源寄存器和目的寄存器地址（字段） 3.3 流水线中的相关 ◆ 所有的定向发生在： ALU或DM输出 →  ALU输入，DM输入， “O”检测部件 (图示) 3.3.3 流水线的控制相关 1. 分支指令的执行结果 一、分支引起的暂停及减少分支开销的方法 ◆ 转移失败：PC值加4◆ 转移成功：将PC值改变为转移目标地址 　　　 到MEM段的末尾才改变 一旦检测到分支指令(在ID段)，就暂停执行其后的指令，直到分支指令到达MEM段，确定出新的PC值为止。 2. 处理分支指令最简单的方法 3.3 流水线中的相关 在DLX流水线中，分支转移成功导致暂停3个时钟周期。 　 若分支指令的频度为30％，理想CPI＝1， 则 实际CPI＝1＋30％×3≈2 3. 减少分支开销的两种途径 ◆ 在流水线中尽早判断分支转移是否成功；◆ 转移成功时，尽早计算出转移目标地址。两者应同时采用，缺一不可。 　　对于DLX作如下改进:(1) 把“＝0？”测试移至ID段； 3.3 流水线中的相关 (2) 在ID段增设一个加法器，这样可以把分支 开销减少一拍。 　 改进后流水线的分支操作　 （表3.5） 3.3 流水线中的相关 流 水 段 分 支 指 令 操 作 IF ID EX IF/ID.IR ← Mem[PC]; IF/ID.NPC,PC ←  (if ID/EX.cond {ID/EX.NPC} else {PC+4}); ID/EX.A ← Regs[IF/ID.IR6..10]; ID/EX.B ← Regs[IF/ID.IR11..15];ID/EX.NPC ← IF/ID.NPC + (IR16)16##IR16..31;ID/EX.IR ← IF/ID.IR; ID/EX.cond ← (Regs[IF/ID.IR6..10] op 0;ID/EX.Imm ← (IR16)16##IR16..31; MEM WB 表 3.5 改进后流水线的分支操作 (动画演示) (动画演示) 二、程序中分支的行为特点 1. 各种能改变PC值的指令的执行频度 （SPEC基准程序，DLX上执行） ◆ 条件分支 整数程序：14％～15％ 浮点程序：3％～12％ 向前分支与向后分支的比： 　　 3∶1 ◆ 无条件分支 绝大多数：≤4％ 3.3 流水线中的相关 2．条件分支转移成功的概率 ◆ 平均值 整数程序 向前：13％　　　无条件：4％ 向后：3％ 浮点程序 向前：7％　　　 无条件：1％ 向右：3％ 所有条件分支：67％ 向前：60％　　　　　向后：85％ 　（向后分支一般形成循环） 3.3 流水线中的相关 3.3 流水线中的相关 三、减少流水线分支损失的方法 （４种简单的静态方法，编译时预测） 1. “冻结”或“排空”流水线