多操作部件标量处理机一条指令流水线-Read.PPT

5.3.7 精确断点与不精确断点 对于输入输出设备的中断服务，实际上不需要有精确断点。 比较简单的处理方法是：让已经进入流水线的所有指令都执行完成，断点就是最后进入流水线的那条指令的地址。 对于程序性错误和机器故障等引起的中断，它们出现的概率很低，处理原则：不在于缩短时间，关键是要正确保存现场和正确恢复断点。 不精确断点(Imprecise)，流水线可以不断流 需要的硬件比较少，控制逻辑比较简单 中断响应时间加长 采用不精确断点法可能会发生如下两个问题： (1)程序的调试困难 调试程序时要设置断点，程序员通过查看断点处的中间执行结果判断程序是否正确。但由于不精确断点，程序不能准确中断，因此，难于调试。 早期的流水线处理机，多采用不精确断点法 近期的流水线处理机一般都采用精确断点法 (2)程序执行的结果可能出错，例如： i：FADD R1, R2 ；(R1)＋(R2)→R1 i+1：FMUL R3, R1 ；(R3)×(R1)→R3 当第i条指令执行到S6段时发现浮点加法结果溢出，于是发出中断服务申请。由于采用不精确断点法，已经进入流水线的第i+1条指令将执行完成；因为第i+1条指令使用了不正确的R1，所以浮点乘法的执行结果是不正确的。 采用精确断(Precise)点法，要设置一定数量的后援寄存器，把整个流水线中所有指令的执行结果和现场都保存下来。 5.4 动态调度技术 5.4.1 顺序流动与乱序流动 5.4.2 乱序流动中的数据相关 5.4.3 数据重定向方法 5.4.4 Tomasulo动态调度算法 实现方法： 由硬件动态调整指令执行顺序，以减少数据相关造成的影响。 主要优点： 能够处理在编译时无法确定的相关，并简化编译器设计 在其他流水线机器上编译的目标代码也能够高效运行 用静态调度法生成的代码也能在动态调度法的机器中运行 主要缺点：指令级并行度低，因为只能在比较小的范围内寻找并行性 5.4.1 顺序流动与乱序流动 1.顺序流动方式：任务按顺序流入流水线,也按顺序流出流水线 把如下一段程序输入到这条流水线中： k： R0←（R1） k+1： …… k+2： R2←（R0）＋（R3） k+3： …… k+4： …… k+5： …… 指令k+2无法继续执行，要在功能段S2中等待。 后续的指令k+4、k+5、……等也不能进入流水线。 功能段S3、S4、S5将逐渐空闲。 缺点：吞吐率和效率降低 优点：流水线的控制逻辑比较简单 流水线“断流”，有些功能段“空闲” 2.乱序(Out of order)流动方式：指令流出流水线的顺序与流入流水线的顺序不同。又称为错序流动方式、无序流动方式、异步流动方式等。 5.4.2 乱序流动中的数据相关 在乱序流动方式中，可能发生三种数据相关 写写相关 k： LOAD F1, A ;F1?（A） 写读相关 k+1：FADD F2, F1 ;F2?（F2）+（F1） k+2：FMUL F1, F3 ;F1?（F1）?（F3） k+3：STORE F1, B ;B?（F1）读写相关 (1)写读相关：指令k与指令k+1之间关于F1的相关，又称为数据相关、先写后读相关、流相关、WR相关、RAW相关等。 (2)读写相关：指令k+1与指令k+2之间关于F1的相关，变量名相关、先读后写相关、反相关、RW相关、WAR相关等。 (3)写写相关：指令k与指令k+2左边的F1之间的相关关系称为：输出相关、写写相关、WW相关、WAW相关或写后再写相关等。 有时把相关称为“冒险”(hazard)、“竟争” (competition)等。 在程序执行过程中，只有避免相关，执行结果才是正确的。 三种数据相关可以用下列关系式来表示： 对于写读相关 D(i) ∩ S(j) ≠ ? 对于读写相关 S(i) ∩ D(j) ≠ ? 对于写写相关 D(i) ∩ D(j) ≠ ? 5.4.3 数据重定向方法 1.三种数据相关的重定向 重定向之前，j只能在i之后执行。 重定向之后，可以做到： (1)写读相关，j与i可以同时执行 即专用数据通路 (2)写写相关，先后顺序无关 (3)读写相关，先后顺序无关 后两种情况又称为“变量换名技术” 2.变量换名技术 用来自动消除读写数据相关和写写数据相关 规则：一个变量只允许定值一次 在三种数据相关中，实际上只有写读数据相关必须依靠硬件、或采用软硬件结合的方法