DLX流水线.PPT

(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。 6. 对DLX流水线控制的实现 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 流水线中的相关 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 　　　 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 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 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 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。 　 3 流水线中的相关 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 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 流水线中的相关 4 MIPS R4000流水线计算机简介 4.1 MIPS R4000 整型流水线 1. 指令集：MIPS-3 指令集(64位),类似于DLX 共8个段：较深的流水线有利于提高时钟频率。 超级流水 与DLX流水线相比：把访存操作进一步分段。 取指令：改为 两个周期 读写数据：改为 三个周期 2．MIPS R4000 流水线结构 流水线技术 4 MIPS R4000流水线计算机简介 ◆ 流水线寄存器的构成 4. DLX流水线的操作 　　对于流水线中的指令来说，在任一时刻，它仅在流水线中的某一段内执行操作。 　　因此，只要知道每一流水段在各种指令下进行何种操作，就知道了整个流水线的操作。 　　 (表1)给出了DLX流水线各段的操作。 2 DLX的基本流水线 流水段 表 1 DLX流水线的每个流水段的操作 任何指令类型 ALU 指令 Load/Store 指令 分支指令 IF ID EX IF/ID.IR ← Mem[PC] IF/ID.NPC,PC ← (if EX/MEM.cond {EX/MEM.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; ID/EX.IR ← IF/ID.IR; ID/EX.Imm ← (IR16)16##IR16..31; EX/MEM.IR ← ID/EX.IR; EX/MEM.ALUOutput ←  ID/EX.A op ID/EX.B 或EX/MEM.ALUOutput ←  ID/EX.A op ID/EX.Imm;EX/MEM.cond ← 0; EX/M