pipeline流水线技术.pdf

《计算机系统结构《计算机系统结构》》 《《计算机系统结构计算机系统结构》》 第三章 流水线技术 郑庆华郑庆华 教授教授 郑庆华郑庆华 教授教授 西安交大计算机系西安交大计算机系 西安交大计算机系西安交大计算机系 3/17/2009 引引 言言 引引 言言 提高处理机指令执行速度的三条途径： 1) Approach-1：CPU工作主频的提高 2) Approach-2：采用更好的算法和功能部件。例如： 采用RISC ，改进乘法、除法的算法。 3) Approach-3：指令并行技术：①流水线技术；② 超标量超流水线技术，即：一个处理机中设置多个 独立的部件。如：Pentium；③ 超长指令字，在一 条指令中，设置有多个独立的操作字段，每个字段 可以独立控制。 主要内容主要内容 主要内容主要内容 先行控制技术先行控制技术 先行控制技术先行控制技术 流水线原理 流水线性能分析 流水线的数据相关与竞争问题 非线性流水线的调度问题 向量计算机 3.1 先行控制技术先行控制技术 先行控制技术先行控制技术 先行控制技术是流水线处理机和超标量处理机的基先行控制技术是流水线处理机和超标量处理机的基 先行控制技术是流水线处理机和超标量处理机的基先行控制技术是流水线处理机和超标量处理机的基 础。础。 础础。。 先行控制技术先行控制技术 = 缓冲技术缓冲技术 + 预处理技术预处理技术。。 先行控制技术先行控制技术 缓冲技术缓冲技术 预处理技术预处理技术。。 基本思路基本思路：通过指令的重叠执行：通过指令的重叠执行，提高系统的性能，提高系统的性能。。 基本思路基本思路：：通过指令的重叠执行通过指令的重叠执行，，提高系统的性能提高系统的性能。。 3.1.1 指令重叠执行方式指令重叠执行方式 指令重叠执行方式指令重叠执行方式 ① 顺序执行时: n T = ∑ (t取指令 i + t分析 i + t执行 i ) i =1 当t取 = t执 = t分 = t 时, T = 3nt ②当一次重叠执行 T = (1+2n)t ③当两次重叠执行时 T = (2+n)t 一次重叠执行的情况 （1） 分析分析 k 执行执行 k 分析分析 执行执行 分析分析k+1 执行执行k+1 分析分析 执行执行 分析分析k+2 执行执行k+2 分析分析 执行执行 如果指令分析和指令执行所需要的时间都是t， 则采用这种方式连续执行n条指令所需要的时间 为： T= (1+n)t 控制方式比较简单，得到了广泛应用。 一次重叠执行的情况 （2） 当指令分析和指令执行所需要的时间不相等时， 其执行过程为： 分析分析 k 执行执行 k