05标量处理机151026材料.ppt

* 5.4.5 超标量处理机性能 单流水线普通标量处理机的指令并行度记作(1,1),超标量处理机的指令级并行度记作(m,1),超流水线处理机的指令级并行度记作(1,n),而超标量超流水线处理机的指令级并行度记作(m,n)。 在理想情况下，N条指令在单流水线标量处理机上的执行时间为： * 在每个周期发射m条指令的超标量处理机上执行的时间为： 超标量处理机相对于单流水线标量处理机的加速比为： 超标量处理机的加速比的最大值为： * 5.5 超流水线处理机 超流水线处理机的两种定义： 在一个周期内分时发射多条指令处理机，指令流水线的段数大于等于8段的流水线处理机。 5.5.1 指令执行时序 5.5.2 典型处理机结构 5.5.3 超流水线处理机性能 * 5.5.1 指令执行时序 每隔1/n个时钟周期发射一条指令，即处理机的流水线周期为1/n个时钟周期。 * 5.5.2 典型处理机结构 MIPS R4000处理机： 每个时钟周期包含两个流水段 (1)一种很标准的超流水线处理机结构。 (2)指令流水有8个流水段； (3)指令Cache和数据Cache的容量个8kB; (4)每个时钟周期可以访问Cache两次， (5)在一个时钟周期内可以分时从指令Cache中读出两条指令，从数据Cache中读出或写入两个数据。 * * * * 在理想情况下，N条指令在单流水线标量处理机上的执行时间为： T(1, 1)＝(k＋N－1)?t 指令级并行度为(1,n)的超流水线处理机，执行N条指令所的时间为： 超流水线处理机相对于单流水线普通标量处理机的加速比为： 加速比的最大值为： S(1, n)MAX＝n 5.5.3 超流水线处理机性能 * 5.6 超标量超流水线处理机 一个时钟周期发射m次，每次发射n条指令 5.6.1 指令执行时序 5.6.2 典型处理机机构 5.6.3 超标量超流水线处理机性能 * 5.6.1 指令执行时序 * 5.6.2 典型处理机结构 DEC公司的Alpha处理机为典型的超标量流水线结构。 主要由4个功能部件和2个Cache组成： 整数部件EBOX 浮点部件FBOX 地址部件ABOX 中央控制部件IBOX 指令Cache和数据Cache 在EBOX内还有多条专用数据通路，可以把运算结果直接送到执行部件。 * 中央控制部件IBOX能够同时完成： 同时读出两条指令： 同时对两条指令进行译码，并作相关性检测；如果资源和相关性允许，IBOX就把两条指令同时发射给EBOX、ABOX和FBOX三个执行部件中两个。 指令流水线的控制方式： 采用顺序发射乱序完成。 在指令Cache中有一个转移历史表，实现条件转移的动态预测。 * * Alpha21064处理机共有三条指令流水线； (1)整数操作流水线为7个流水段，其中，指令2个流水段、分析指令性2个流水段、运算2个流水段、写结果1个流水段。 (2)访问存储器流水线为7个流水段。 (3)浮点操作流水线分为10个流水段，其中，浮点执行部件FBOX的延迟时间为6个流水段。 三条指令流水线的平均段数为(7+7+10)/3=8,且每个时钟发射两条指令。因此，Alpha 21064处理机为超标超亮流水线处理机。 * * 5.6.3 超标量超流水线处理机的性能 指令级并行度为(m,n)的超标量超流水线处理机，连续执行N条指令所需要的时间为： 超标量超流水线处理机相对于单流水线标量处理机的加速比： 在理想情况下，超标量超流水线处理机加速比的最大值为： * 本章重点 1.线性流水线的性能分析几计算 2.非线性流水线的调度方法 3.数据相关的种类，发生的情况及解决的办法 4.分支预测技术 5.乱序流动方式中的数据相关及解决办法 6.单发射、多发射与先行指令窗口 7.超标量、超流水线处理机的结构及性能分析。 练习题: 5.3、5.5、5.6、5.7、5.8、5.15、5.16 * 1.在指令Cache中记录转移历史信息 在指令Cach