体系结构第3章 第3讲.ppt

Earle锁存器 1965年由J.G.Earle发明 优点 对时钟扭曲不敏感（相对而言），一般是两级门延迟，避免了数据通过锁存器时可能产生的时钟扭曲 在锁存器中可以执行两级逻辑运算，而不会增加锁存器的延迟时间，可以隐藏锁存器产生的额外开销 谢谢！ * 重点：3.2 3.3 * 每个指标都有最大和实际两种度量。 * 不均匀流水线反映出流水线瓶颈问题。 * 均匀流水线吞吐率的影响因素：深度、任务数。 * 不均匀流水线吞吐率的影响因素：深度、任务数、瓶颈段时间。 * 注意：非流水和流水的比！ 不要弄反，是个大于1的数! * 洗衣店的机器利用率。 * 时空图上的对应关系：忙的时间和总时间的比。 算出来的是所有设备的平均效率。 * 关系的含义较难说清。 * 熟记这些公式要从它们的含义着手。 * 例1的缺陷。 * 简单评估流水线的性能。 * 一些实际的因素影响着理想流水线的性能。 * * 注意1、2、3指令在段中的位置。 * * * * * 通过时间和排空时间的比例越大，吞吐率越远离最大值，效率越远离1。 * 时空图上计算效率的方法。 * * * 各个操作都是开始于最早能够开始的时间。 * 时空图计算三大指标的方法。 * * 为何不行？ * 计算机体系结构 * 计算机体系结构 * 国家精品资源共享课程：计算机体系结构 第三章：流水线技术 国防科技大学计算机学院 主讲人： 教授 第三章 流水线技术 3.1 流水线基本概念 3.2 MIPS基本流水线 3.3 流水线中的相关 3.4 实例分析：MIPS R4000 3.5 向量处理机 本章内容 三项性能指标：吞吐率、加速比和效率 1.吞吐率 是衡量流水线速度的重要指标 吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。 最大吞吐率TPmax是指流水线在达到稳定状态后所得到的吞吐率。 设流水线由m段组成，完成n个任务的吞吐率称为实际吞吐率，记作TP。 3.2.3 流水线性能分析 （1）最大吞吐率 假设流水线各段的时间相等，均为△t0，则： TPmax = 1/△t0 假设流水线各段时间不等，第i段时间为△ti ，则： TPmax = 1/max{△ti } 最大吞吐率取决于流水线中最慢一段所需的时间，该段成为流水线的瓶颈 消除瓶颈的方法 细分瓶颈段 重复设置瓶颈段 （时空图） （2）实际吞吐率 若各段时间相等（假设均为△t0），则完成时间 T流水 = m△t0+(n-1)△t0 （说明） 时空图 TP ＝ ─── ＝ ────────── T流水 n m·△t0＋(n－１)△t0 n (1＋ )△t0 ＝ ──────── ＝ ───── m－1 1 TPmax n 1＋ n m－1 实际吞吐率 若各段时间不等（假设第i段为△ti），则完成时间 时空图 T = ∑△ti+(n-1)△tj 这里，△tj=max{△ti } i=1 m TP ＝ ────────── ∑ △ti＋(n－1)△tj m i=1 n 实际吞吐率 2. 加速比 加速比是指流水线速度与等功能的非流水线速度之比。 根据定义可知，加速比S = T非流水/T流水 若流水线为m段，每段时间均为△t0，则 T非流水 = nm△t0，T流水 = m△t0 + (n-1)△t0 S ＝ ────── ＝ ─────── mn m＋n－1 m n 1＋ m－1 3.效率 效率指流水线的设备利用率。 由于流水线有通过时间和排空时间，所以流水线的各段并非一直满负荷工作，E1 若各段时间相等，则各段效率也相等，即e1 = e2 = e3 =… = n△t0/T流水 (解释) 整个流水线效率 E ＝ ─── ＝ ────── ＝ ───── n△t0 T流水 n m＋n－1 1 n 1＋ m－1 当nm时，E≈1 3.效率 从时-空图上看，效率就是n个任务所占的时空区与m个段总的时空区之比 根据这个定义，可以计算流水线各段时间不等时的流水线效率 　 　n 个任务占用的时空区E ＝━━━━━━━━━━━ m 个段总的时空区 4. 吞吐率、加速比和效率的关系 E = n△t0/T流水=mn△t0/(T流水m)= S/m 效率是实际加速比S与最大加速比m之比。 E = n△t0/T流水= (n/T流水) ·△t0=TP△t0 当△t0不变时，流水线的效率与吞吐率呈正比。为提高效率而采取的措施，也有助于提高吞吐率。 例3.1 在静态流水线上计算∑AiBi ，问吞吐率、加速 比、效率各是多少？ 解： (1) 确定适合流水处理的计算过程 (2) 画时-空图