第8章中央处理单元2011(V2.0).ppt

8.5　时序信号产生器 微程序控制器中使用的时序信号产生器由时钟 源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和读写时序译码逻 辑、启停控制逻辑等部分组成。 8.6　控制方式 控制方式： 即控制不同操作序列时序信号的方法。常用的有同步控制、异步控制、联合控制三种方式，其实质反映了时序信号的定时方式。 2.异步控制方式 其特点是：每条指令、每个操作控制信号需要多少时间就占用多少时间。这意味着每条指令的指令周期可由多少不等的机器周期数组成；也可以是当控制器发出某一操作控制信号后，等待执行部件完成操作后发“回答”信号，再开始新的操作。显然，用这种方式形成的操作控制序列没有固定的CPU周期数(节拍电位)或严格的时钟周期(节拍脉冲)与之同步。 3.联合控制方式 此为同步控制和异步控制相结合的方式。 情况（1）： 大部分操作序列安排在固定的机器周期中，对某些时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操作的结束; 情况（2）： 机器周期的节拍脉冲数固定,但是各条指令周期的机器周期数不固定。 8.7中断系统 8.8.1 流水线基本概念 1. 产品生产流水线 (1) 一个问题 假设某产品的生产需要4道工序，该产品生产车间以前只有1个工人，1套生产该产品的机器。该工人工作8小时，可以生产120件（即每4分钟生产1件）。 要将该产品日产量提高到480件，如何能实现目标？ 2、 串行工作的洗衣店 洗衣店用 6小时完成了4个任务（0.67t/h）； 4个同学各等待了1.5小时； Washer使用2小时（0.33)；Dryer使用2小时40分（0.44) ；Folder使用1小时20分（0.22) ； (2) 流水工作的洗衣店 洗衣店用3.5小时完成了4个任务（1.14t/h）； 4个同学各等待了1.5小时； Washer使用2小时（0.57)；Dryer使用2小时40分（0.76) ；Folder使用1小时20分（0.38) ； (3) 洗衣店的结论 A B C D 30 40 20 30 40 20 30 40 20 30 40 20 6 PM 7 8 9 10 11 Midnight 任 务 顺 序 A B C D 6 PM 7 8 9 10 11 Midnight 任 务 顺 序 30 40 40 40 40 20 流水线不能缩短单个任务的响应时间，但可以提高吞吐率； 流水线速度限制于最慢流水站的速度； 流水线中多个任务是并行处理的； 最大加速比 = 流水站数 流水站速度不匹配 流水线“填充”和“排空”时间 30 40 40 40 40 20 3.计算机中的流水线 指令流水线 功能部件流水线 4.流水技术 将一重复的时序过程分解为若干子过程，每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行，这种技术称为流水技术。 5.时-空图 从时间和空间两个方面描述流水线的工作过程，横坐标表示时间，纵坐标表示各流水段。 I1 时间T I1 I1 I1 IF ID EX WB 空间S I2 I2 I2 I2 I1 I3 I3 I3 I3 I4 I4 I4 I4 I5 I5 I5 I5 I6 I6 I7 I8 I7 I6 I2 I3 I4 I5 6.流水线的特点 流水过程由多个相关的子过程组成，这些子过程称为流水线的“级”或“段”。段的数目称为流水线的“深度”。 每个子过程由专用的功能段实现，各功能段的时间应基本相等，通常为1个时钟周期（1拍）。 流水线需要经过一定的通过时间才能稳定。 流水技术适合于大量重复的时序过程。 8.8.2 计算机的指令周期细分 取指令 IF (Instruction Fetch) 指令译码 ID (Instruction Decode) 执行运算 EX (Execution) 结果写回 WB (Write Back) 1、串行执行过程 IF ID EX WB 2、非流水线时空图 I1 时间T I1 I1 I1 IF ID EX WB 空间S I2 I2 I2 I2 I1 I2 3、流水线时空图 I1 时间T I1 I1 I1 IF ID EX WB 空间S I2 I2 I2 I2 I1 I3 I3 I3 I3 I4 I4 I4 I4 I5 I5 I5 I5 I6 I6 I7 I8 I7 I6 I2 I3 I4 I5 4、超标量流水线时空图 时间T IF ID EX WB 空间S I12 I34 I1 I2 I3