chap3-流水线技术概要1.ppt

V0←B ；从存储器中将向量B读入向量寄存器V0 V1←S1*V0 ；向量B中的每个元素分别和常数S1 相乘 V2←S2+V1 ；向量V1中的每个元素分别和常数 S2相加 A←V2 ；将计算结果从向量寄存器V2存入存 储器的向量A 3.5 向量处理机 5. 载入延迟为两个时钟周期 3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 6. 指令序列在流水线中的执行时空图 3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 7. R4000流水线的定向路径比DLX流水线的多 ALU输入端的定向源有4个：EX/DF，DF/DS，DS/TC，TC/WB 8. 分支处理 ◆ 在EX段完成分支条件的计算 基本分支延迟：3个时钟周期  3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 ◆ 采用单周期延迟分支 ◆ 预测分支：失败分支 ◆ 处理分支指令的时空图 3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 3.4.2 MIPS R4000 浮点流水线 1. R4000浮点部件 ◆ 1个浮点除法器 ◆ 1个浮点乘法器 ◆ 1个浮点加法器 2．8个流水段 (表3.8） 3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 流水段 功能部件 描 述 A 浮点加法器 尾数加流水段 D 浮点除法器 除法流水段 E 浮点乘法器 例外测试段 M 浮点乘法器 乘法器第一个流水段 N 浮点乘法器 乘法器第二个流水段 R 浮点加法器 舍入段 S 浮点加法器 操作数移位段 U ? 展开浮点数 表3.8 3. R4000浮点流水线是一种多功能非线性流水线4. 双精度浮点操作指令的延迟、启动间隔以及 流水段的使用情况 （表3.9） 3.4 MIPS R4000流水线计算机简介 浮点指令 延 迟 初始化 间隔 使用的流水段 加、减 4 3 U,S+A,A+R,R+S 乘 8 4 U,E+M,M,M,M,N,N+A,R 除 36 35 U,A,R,D28,D+A,D+R,D+A,D+R,A,R 求平方根 112 111 U,E,(A+R) 108,A,R 取反 2 1 U,S 求绝对值 2 1 U,S 浮点比较 3 2 U,A,R 表3.9 3.5 向量处理机 3.5.1 向量处理方式和向量处理机 ◆ 向量处理机：具有向量数据表示和相应向量 指令的流水线处理机。 ◆ 标量处理机: 不具有向量数据表示和相应向　　　　　　　 量指令的处理机。 D＝A×（B＋C ） A、B、C、D ── 长度为 N 的向量 1. 向量处理方式 第三章 流水线技术 (1) 水平(横向)处理方式 Ki＝bi＋ci Di＝Ki×ai 相关：N 次 功能切换：2N 次 (2) 垂直(纵向)处理方式　 K＝B＋C 　　 D＝K×A 　 相关：１次 　 功能切换：１次 对处理机结构的要求： 存储器-存储器型操作的运算流水线对存储器的带宽要求很高。 例如：STAR-100，CYBER-205 3.5 向量处理机 3.5 向量处理机 (3) 分组(纵横)处理方式 　 把向量分成长度为某个固定值的若干组， 组内按纵向方式处理，依次处理各组。 　　　每组内： 　　 　　相关：１次 　　 　　功能切换：２次 　 3.5 向量处理机 3.5 向量处理机 对处理机结构的要求： 　　寄存器-寄存器型操作的运算流水线。 举例 2. 向量处理机的速度评价方法 ◆ 标量处理机：通常用每秒执行多少指令 MIPS(Million Instructions Per Second) 来衡量机器的运算速度 。 ◆ 向量处理机：常用每秒取得多少个浮点运算 结果表示机器速度，以MFLOPS(Million of  Floating Point Per Second)作为测量单位。 另一种评定计算机速度的方法：比较法。（选择一台速度指标得到公认的机器作为标准机，给定一些典型的基准程序。） 3.5 向量处理机 3.5.2 提高向量处理机性能的主要技术 1. CRAY-I简介 ◆ 美国CRAY公司 ◆ 1976年 ◆ 每秒亿次浮点运算 ◆ 主频：80MHz 字长：64位 2. CRAY-1的基本结构  ◆ 向量运算部件：６个 　 整数加，逻辑运算，移位