10_11_流水线技术.ppt

* 装载延迟处理的好处：简单。配套方法：指令冲排序。 相关专用通路硬件条件？ 相关专用通路亦可用于其他，但不可多设。 * 异步流动为何比d好？系统一般有多个流水，相关通路不可多设，否则很复杂。 异步流动复杂原因？ WAR：k超过i流动，且k写结果在i读之前。 WAW：k超过i流动，且k和I写的是同一单元。 * 全局相关也就是控制相关。 * 静态怎样安排？不少转移能预测，如循环。 * 检索过程 怎样保证检索速度？ 查找不命中，怎么办？ 替换内容？如何替换？ * 转移成功/不成功处指令与另一方向指令无关。 转移成功处指令入槽时在原处拷贝该指令。 空指令入槽前有重排列指令的步骤。 总结：优化编译，采用优化延迟转移技术，静态处理相关性。 执行时，加速形成条件码，动态猜测法及后续处理。 * 037168252489 * 注意：1111时还有5可构成回路。 * 流水线处理机的中断处理 流水处理机中断事件也属于控制相关问题。当发生中断时，因为在流水线中同时有多条指令在执行，那么程序的断点究竟是哪一条指令呢?有两种情况需要分析。 第一种情况：常规I／O设备申请的中断服务 其目的是要求处理机暂停正在执行的程序，而转去完成设备所要求的输入输出任务。对于这种情况，不需要有精确的断点。 采用不精确断点法可以实现流水线不断流，而且所需的硬件较少，控制逻辑比较简单。 主要缺点是中断响应时间稍长一些。 * 不精确断点法 S1 S2 S3 S4 S5 PC: I+2 I+1 I I-1 I-2 输入 输出 S S5 S4 S3 S2 S1 I I I I I 中断服务程序 I I I t - - + + + + + 2 1 1 2 3 4 5 * 流水线处理机的中断处理 第二种情况：程序性错误和机器故障引起的中断 它们出现的概率很低。处理这类中断的出发点不是如何缩短“断流”时间，而是正确保存现场和正确恢复断点。在此情况下，流水处理机一般采用精确断点法。 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。 为此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。 显然，采用精确断点法需要更多的硬件代价，控制逻辑也比较复杂。 * S1 S2 S3 S4 S5 PC: I+2 I+1 I I-1 I-2 输入 输出 S S5 S4 S3 S2 S1 I I I I 中断服务程序 I I t - - + + + 2 1 1 2 3 精确断点法 * 流水线技术 流水线的性能指标 流水线的相关 非线性流水线的调度 * 非线性流水线的调度技术 线性流水线 每个任务在流水线的每一功能段中都流过一次，且仅流过一次，因此，可以在每一个时钟周期向流水线输入一个新任务。所以调度相对简单。 非线性流水线 由于存在反馈回路，当一个任务在流水线中流过时，可能会多次经过同一个功能段。因此不能每一个时钟周期向流水线输入一个新任务，否则会发生同一时刻有几个任务同时争用一个功能段的情况，即发生结构相关，也可称为结构竞争。 * 非线性流水线的调度 S1 S2 S3 S4 输入 输出 流水线连接图 预约表 ②行数是非线性流水线段数 ①列数是指一个任务从进入流水线到从流水线中输出所经过的时钟周期数 ③段的使用情况用“×”表示 * 一张预约表可能与多个流水线连接图相对应 * 一个流水线连接图对应与多张预约表 * 无冲突调度方法 启动距离： 向一条非线性流水线的输入端连续输入两个任务之间的时间间隔。也称等待时间。通常用时钟周期数来表示。 流水线冲突： 几个任务争用同一个流水段。 禁止启动距离： 引起起非线性流水线流水段冲突的启动距离。 启动循环： 在任何时间都不会发生冲突的启动距离。 平均启动距离： 把一个启动循环内的所有启动距离相加再除以这个启动循环内的启动距离个数就得到这个启动循环的。 * S1 S2 S3 S4 输入 输出 * S1 S2 S3 S4 输入 输出 * S1 S2 S3 S4 输入 输出 * S1 S2 S3 S4 输入 输出 * 无冲突调度目标 找出具有最小平均启动距离的启动循环。 按照这样的启动循环向非线性流水线的输入端输入任务，流水线的工作速度最快，且所有功能段在任何时间都没有冲突。 * 无冲突调度方法 由E.S.Davidson及其学生于1971年提出。 禁止向量： 把一条非线性流水线的所有禁止启动距离组合在一起形成一个数列。 预约表中每一行任意两个“×”之间距离的集合。上例中为{3，4，6} 冲突向量：C＝（CmCm-1…C2C1），其中： m是禁止向量中的最大值。 如果i在禁止向量中，则Ci＝1，否则Ci＝0。 上例中C＝