计算机组成原理78.ppt

第７章 指 令 系 统 7.1 机 器 指 令 7.2 操作数类型和操作种类 7.3 寻 址 方 式 7.3 寻 址 方 式 7.4 指令格式举例 7.5 RISC 技 术 第８章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.2 指 令 周 期 8.3 指 令 流 水 8.4 中断系统 必须等 上条 指令执行结束，才能确定 下条 指令的地址， 造成时间损失 3. 影响指令流水效率加倍的因素 (1) 执行时间 取指时间 (2) 条件转移指令 对指令流水的影响 解决办法 ？ 取指令 部件 指令部件 缓冲区 执行指令 部件 猜测法 8.3 4. 指令的六级流水 六级流水 14 个时间单位 串行执行 6 × 9 ＝ 54　个时间单位 完成 一条指令 6 个时间单位 CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 8.3 指令 1 与指令 4 冲突 指令 2 与指令 5 冲突 指令1、指令3、指令 6 冲突 … CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 三、影响指令流水线性能的因素 1. 结构相关 8.3 不同指令争用同一功能部件产生资源冲突 程序的相近指令之间出现某种关联 使指令流水出现停顿，影响流水线效率 解决办法 ? 停顿 ? 指令存储器和数据存储器分开 ? 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 2. 数据相关 不同指令因重叠操作，可能改变操作数的 读/写 访问顺序 采用 旁路技术 解决办法 8.3 写后读相关（RAW） SUB R1，R2，R3 ADD R4，R5，R1 ；（R2） （R3） R1 ；（R5）+（R1） R4 读后写相关（WAR） STA M，R2 ADD R2，R4，R5 ；（R2） M 存储单元 ；（R4）+（R5） R2 写后写相关（WAW） 后推法 MUL R3，R2，R1 SUB R3，R4，R5 ；（R2）× （R1） R3 ；（R4） （R5） R3 3. 控制相关 8.3 BNE 指令必须等 CPX 指令的结果 才能判断出 是转移 还是顺序执行 LDA # 0 LDX # 0 INX CPX # N BNE M DIV # N STA ANS ADD X, D M 由转移指令引起 3. 控制相关 8.3 WO EI FO CO DI WO EI FO DI FI FI DI FI CO FI FO CO DI FI WO EI FO CO DI FI DI FO EI WO EI FO CO FI DI CO WO DI FI CO FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令15 指令16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 转移损失 t 设 指令3 是转移指令 四、流水线性能 1. 吞吐率 单位时间内 流水线所完成指令 或 输出结果 的 数量 8.3 最大