微处理器及指令系统.ppt

* 4. 指令的六级流水 六级流水 14 个时间单位 串行执行 6 × 9 ＝ 54 时间单位 完成 一条指令 6 个时间单位 CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 取指 译码 地址 取数 执行 写结果 * 指令 1 与指令 4 冲突 指令 2 与指令 5 冲突 指令1、指令3、指令 6 冲突 …… CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t 2.4.4 影响指令流水性能的因素 1. 访存冲突 解决办法 ? 指令存储器和数据存储器分开 ? 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 取指 译码 地址 取数 执行 写结果 * 2. 相关问题 程序的相近指令之间出现某种关联 使指令流水出现停顿 影响流水线效率 (1) 控制相关 WO EI FO CO DI WO EI FO DI FI FI DI FI CO FI FO CO DI FI WO EI FO CO DI FI DI FO EI WO EI FO CO FI DI CO WO DI FI CO FI 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令15 指令16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 转移损失 t 设 指令3 是转移指令 BNE 指令必须等 CPX 指令的结果 才能判断出 是转移 还是顺序执行 LDA # 0 LDX # 0 INX CPX # N BNE M DIV # N STA ANS ADD X, D M * (2) 数据相关 几条相近的指令间，共用 同一存储单元 或 同一寄存器 时， 会出现 数据相关 ADD R1，R2 如： SUB R1，R3 采用 旁路技术 解决办法 寄存器组 锁存器 锁存器 ALU * 2.4.5 流水线的多发技术 1. 超标量技术 每个时钟周期内可 并发多条独立指令 不能调整 指令的 执行顺序 配置多个功能部件 通过编译优化技术，把可并行执行的指令搭配起来 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t * 2. 超流水技术 在 一个时钟周期 内 再分段 （ 3 段） 不能调整 指令的 执行顺序 在一个时钟周期内 一个功能部件使用多次（ 3 次） 靠编译程序解决优化问题 流水线速度是原来速度的 3 倍 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t * 3. 超长指令字 采用 多个处理部件 具有 多个操作码字段 的 超长指令字（可达几百位） 由编译程序 挖掘 出指令间 潜在 的 并行性， 将 多条 能 并行操作 的指令组合成 一条 IF ID EX WR 0 1 2 3