[科技]系统结构4.ppt

* * * 如何根据流水线结构生成预约表？ 如何根据流水线预约表生成流水线结构？ * 解释F：5拍后，第一条指令到t6拍，第二条指令到t1拍，再过2拍后，第一条指令到t8拍，第二条指令到t3拍，产生功能部件使用冲突。 解释N：最大间隔拍数，非流水线总拍数。 * 解释N：最大间隔拍数，非流水线总拍数。 为何要与C0或？流水线中允许有多条指令， Ci 为多条后的状态，非第一条的状态。 * 通过2张（或3，4，5张）图重叠后拖动，新指令与旧指令在相应位置重叠。 新指令只会与旧指令中新指令相应位置右边的点冲突。 允许指令进入流水线，表示指令从开始进入到流出时均不冲突。 * 调度方案分AA，AB，BA，BB四种。 IF ID FA1 FA2 FA3 MD1 MD2 MD3 AL LS 浮点加法部件 乘除法部件 定点ALU部件 取数存数部件 WR IF ID WR IF ID 先行指令窗口 超流水线处理机 两种定义： 一个周期内能够分时发射多条指令的处理机称为 超流水线处理机。 指令流水线有8个或更多功能段的流水线处理机称为超流水线处理机。 提高处理机性能的不同方法： 超标量处理机是通过增加硬件资源为代价来换取处理机性能的。 超流水线处理机则通过各硬件部件充分重叠工作来提高处理机性能。 两种不同并行性： 超标量处理机采用的是空间并行性 超流水线处理机采用的是时间并行性 指令执行时序 每隔1/n个时钟周期发射一条指令，流水线周期为1/n个时钟周期 在超标量处理机中，流水线的有些功能段还可以进一步细分 例如：ID功能段可以再细分为译码、读第一操作数和读第二操作数三个流水段。也有些功能段不能再细分，如WR功能段一般不再细分。 因此有超流水线的另外一种定义：有8个或8个以上流水段的处理机称为超流水线处理机 超流水线处理机（续） 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12 取指 译码 执行 存结果 每个时钟周期分时发送3条指令的超流水线 举例： MIPS R4000 MIPS R4000处理机每个时钟周期包含两个流水段，是一种很标准的超流水线处理机结构。指令流水线有8个流水段 有两个Cache，指令Cache和数据Cache的容量各8KB，每个时钟周期可以访问Cache两次，因此在一个时钟周期内可以从指令Cache中读出两条指令，从数据Cache中读出或写入两个数据。 主要运算部件有整数部件和浮点部件 MIPS R4000处理机的流水线操作 指令 Cache IF：取第一条指令 IS：取第二条指令RF：读寄存器堆，指令译码EX：执行指令 DF：取第一个数据DS：取第二个数据 TC：数据标志校验；WB：写回结果 指令译码 读寄存器堆 ALU 数据 Cache 标志检验 寄存 器堆 IF IS RF EX DF DS WB TC MIPS R4000正常指令流水线工作时序 IF 流水线周期 当前CPU周期 IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB IF IS RF EX DF DS TC WB 主时钟周期 超标量超流水线处理机 把超标量与超流水线技术结合在一起，就成为超标量超流水线处理机 指令执行时序 超标量超流水线处理机在一个时钟周期内分时发射指令n次，每次同时发射指令m条，每个时钟周期总共发射指令m × n条。 每时钟周期发射3次,每次3条指令 IF 时钟周期 指令 I1 I2 I3 ID EX WR 1 2 3 4 5 I4 I5 I6 I7 I8 I9 IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR IF ID EX WR I10 I11 I12 举例： DEC公司的Alpha DEC公司的Alpha处理机采用超标量超流水线结构。主要由四个功能部件和两个Cache组成：整数部件EBOX、浮点部件FBOX、地址部件ABOX和中央控制部件IBOX。 中央控制部件IBOX可以同时从指令Cache中读入两条指令，同时对读入的两条指令进行译码，并且对这两条指令作资源冲突检测，进行数据相关