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(1)VAX8600的流水结构 a. I部件:预取指令,操作码译码,预取操作数,并存放运算结果。 b. E部件:执行指令。 c. F部件;浮点加速器。 d. M部件:控制CPU和输入输出设备对主存的访问,有16k字节的cache和把虚存地址转换成实存地址的地址转换表(快表) e. 操作台:提供同操作员,引导设备和远程诊断的界面。 5.3 流水线性能分析计算 一. 技术指标 子过程3为瓶颈段的时空图 解决瓶颈有两种方法 重复设置瓶颈流水段后的工作时空图 实际吞吐率(一个K段线形流水) 实际吞吐率(一个K段线形流水) 实际吞吐率(一个K段线形流水) 通过工作时空图计算效率 2. 超标量流水线调度 按序发射按序完成 按序发射无序完成 无序发射无序完成 无论那种调度策略,都要保证程序运行的最终结果是正确的, Pentium处理器采用的是按序发射按序完成策略PentiumII/III处理器采用的是按序发射无序完成 以一条长指令实现多个操作的并行执行,减少存储器访问 主要特点: (1)单一的控制流。只有一个控制器,每个周期启动一条指 令。 (2)超长指令字被分成多个控制字段,每个字段直接独立地 控制每个功能部件。 (3)含有大量的数据通路和功能部件,由于编译器在编译时 间已考虑可能出现的数据相关和资源相关,故控制硬件较简 单。 (4)在编译阶段完成超长指令中多个可并行执行操作的调度。 5.4.2 超长指令字计算机 0 1 2 3 4 5 6 T 3个操作 每拍启动一条长指令,执行3个操作,相当于3条指令,要求并行度=3 超长指令字计算机(VLIW)的原理结构 5.4.3 超级流水方法 特点:超流水结构是把每一个流水级(一个周期)分成多个(例如3个)子流水级,而在每一个子流水级中取出的仍只有一条指令,但总的来看,在一个周期内取出了三条指令。对于超流水线结构,其中指令部件可以只有一套,也可以有多套独立的执行部件。它虽然每个机器周期只能流出一条指令,但它的周期比其它机器短,一台m度的超级流水线计算机的周期为一般机器周期的1/m,它的一个操作需要m个周期,因而在流水线能充分发挥作用时,其并行度能达到m。 每1/2拍启动一条指令,要求并行度=2 超级流水线的原理结构图 0 1 2 3 4 5 6 这种方法主要通过提高流水线运行速度来增强机器性能。为提高运行速度,必须要加深流水深度,既增加流水段数,以减少每一段的延迟时间,这样就可加快流水线的运行频率。 下面是R4000超级流水情况分8段:取指1(IF),取指2(IS) 读RF,执行(EX),取数1(DF),取数2( DS),标记检查(TC),写RF(WB) IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB 流水 线周 期 主时钟周期 流水深度=8 5.4.4 超级流水标量计算机 可以把超标量技术与超流水技术结合在一起,这就是超标量超流水线处理机。超标量超流水线处理机在一个时钟周期内要发射指令n次,每次发射指令m条,因此,超标量超流水线处理机每个时钟周期总共要发射指令m*n条。 IF IF IF ID ID ID EX EX EX WR WR WR IF IF IF ID ID ID EX EX EX WR WR WR IF IF IF ID ID ID EX EX EX WR WR WR 指令 I3 I2 I1 1 2 3 4 5 6 时钟周期 超标量超流水线处理机的指令执行时空图 5.4.5 超标量(流水)标量处理机的性能 为了比较,单流水普通标量处理机的指令并行度记为(1,1) 超级标量处理机的指令级并行度记做(m,1) 超级流水处理机的指令级并行度记做(1,n) 超标量超流水处理机的指令级并行度记做(m,n) 在理想情况下,N条没有冲突、没有相关的指令在单流水线普通标量处理机上的处理时间是: 把N条指令在一台每个周期发射m条指令的超标量处理机上执行,所需要的时间是: 5.4.5 超标量(流水)标量处理机的性能 把N条指令在一台每个周期发射m条指令的超标量处理机上执行,加速比是: 超流水处理机上的时间: 超流水处理机上的加速比: 5.4.5 超标量(流水)标量处理机的性能 把N条指令在一台每个周期发射m条指令的超标量超流水处理机上执行,时间和
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