[工学]第8章 CPU结构和功能.pptVIP

　内容提要 　内容提要 作业 370 8.4 　内容提要 作业 370 8.11、8.12 流水线 问题： 指令流水线原理？ 什么是多发射技术？ 多发技术有哪几种？ 　内容提要 作业 370 8.21、8.26 中断 由于流水线有 建立时间 和 排空时间 因此各功能段的 设备不可能 一直 处于 工作 状态 8.3 流水线中各功能段的 利用率 3. 效率 mΔt 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 … … … … … … … … … … … … n-1 n n-1 n n-1 n n-1 n T时间 S空间 空间 S4 S3 S2 S1 (n-1) Δt 8.3 m(m + n -1) Δt = mnΔt 流水线各段处于工作时间的时空区 流水线中各段总的时空区 效率 = 3. 效率 mΔt 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 3 1 2 4 5 … … … … … … … … … … … … n-1 n n-1 n n-1 n n-1 n T时间 S空间 空间 S4 S3 S2 S1 (n-1) Δt 流水线中各功能段的 利用率 五、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 8.3 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时钟 周期 指令序列 2. 超流水线技术 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 8.3 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时钟周期 指令序列 3. 超长指令字技术 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 8.3 IF ID EX WR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 时钟周期 指令序列 六、流水线结构 1. 指令流水线结构 完成一条指令分 7 段， 每段需一个时钟周期 若 流水线不出现断流 1 个时钟周期出 1 结果 不采用流水技术 7 个时钟周期出 1 结果 理想情况下，7 级流水 的速度是不采用流水技术的 7 倍 地址形成部件 指令译码部件 取操作数部件 取指令部件 操作执行部件 回写结果部件 修改指令指针部件 锁存 锁存 锁存 锁存 锁存 锁存 8.3 2. 运算流水线 完成 浮点加减 运算 可分 对阶、尾数求和、规格化 三段 分段原则 每段 操作时间 尽量 一致 锁存器 对阶功能部件 第一段 尾数加部件 锁存器 第二段 规格化部件 锁存器 第三段 8.3 8.4 中断系统 8.3 指令流水 8.2 指令周期 8.1 CPU的结构 8.4 中断系统 一、概述 1. 引起中断的各种因素 (1) 人为设置的中断 (2) 程序性事故 如 转管指令 溢出、操作码不能识别、除法非法 (5) 外部事件 (4) I/O 设备 (3) 硬件故障 用 键盘中断 现行程序 转管指令 … … 管理程序 2. 中断系统需解决的问题 (1) 各中断源 如何 向 CPU 提出请求 ？ (2) 各中断源 同时 提出 请求 怎么办 ？ (5) 如何 寻找入口地址 ？ (4) 如何 保护现场 ？ (3) CPU 什么 条件、什么 时间、以什么 方式 响应中断 ？ (6) 如何 恢复现场，如何 返回 ？ (7) 处理中断的过程中又 出现新的中断 怎么办 ？ 硬件 ＋ 软件 8.4 二、中断请求标记和中断判优逻辑 1. 中断请求标记 IN