[工学]第4章 CPU新技术.pptVIP

转移处理 ⑷ 转移预测（branch prediction） 应用最普遍转移预测技术： ·预测决不发生（Predict Never Taken） ·预测总是发生（Predict Always Taken） ·依操作码预测（Predict By Opcode） ·发生/不发生切换(Taken/Not Taken Switch) ·转移历史表（Branch History Table） 4.2 流水线技术 转移处理 ⑷ 转移预测（branch prediction） 前三种是静态的：它们不取决于条件转移指令的过去执行历史。 后两种方法是动态的，它们取决于执行的历史。 68020和VAX11/780使用预测决不发生方法。 4.2 流水线技术 转移处理 ⑷ 转移预测（branch prediction） 依操作码预测是依据转移指令的操作码进行判定。处理器假定，对某些条件转移指令的操作码将总是发生转移，对另外的总是不发生。研究表明这种策略的成功概率大于75% 4.2 流水线技术 转移处理 ⑷ 转移预测（branch prediction） 动态转移预测策略通过记录条件转移指令在程序中的历史来改善预测的准确度。 每个条件转移指令可有与之相关联的一位或几位，它们反映此指令的最近历史。这些位称为发生/不发生开关，他们指挥处理器在下次遇到此指令时产生具体的判定。 4.2 流水线技术 4.2 流水线技术 转移处理 ⑷ 转移预测（branch prediction） 动态转移预测策略通过记录条件转移指令在程序中的历史来改善预测的准确度。 转移预测状态图 SIMD实现数据级并行 技术关键：在一条单独的指令中同时执行多个运算操作，以增加处理器的吞吐量。 4.3 SIMD技术 1 MMX MMX (Multi-Media Extension, 多媒体扩展) 是Intel设计的一种SIMD多媒体指令集，是对Intel体系结构(IA)指令集的扩展。该技术使用了SIMD技术，以并行方式处理多个数据元素，从而提高了多媒体和通讯软件的运行速度。 (1) 四种新的数据类型（整型） 紧缩字节类型BYTE，8个字节打包成一个64位数据 紧缩字类型WORD， 4个字打包成一个64位数据 紧缩双字类型DWORD， 2个32位双字打包成一个64位数据 四字类型QWORD ，一个64位数 四种数据类型可以在一条指令中同时操作，互不相干。 4.3 SIMD技术 1 MMX (2) 使用8个64位宽MMX寄存器MM0-MM7 借用了浮点寄存器(ST0-ST7)低64位 MMX指令不能和浮点运算同时进行（执行EMMS指令切换）。 (3) 增设57条MMX指令 算术指令 比较指令 转换指令 逻辑指令 移位指令 数据传输指令 清空MMX状态（EMMS）指令 4.3 SIMD技术 MMX指令新功能 紧缩数据操作 MMX指令可以对成组的8字节、4字和2双字进行操作。 饱和运算 运算结果上溢或下溢时，结果就等于最大值或最小值。这种模式可以使颜色处理中颜色值保持纯白色或纯黑色。 环绕运算 上溢或下溢的结果数值被截断，仅仅保留结果的低位部分。 MMX没有除法运算指令。 4.3 SIMD技术 2 SSE SSE（Streaming SIMD Extensions）是由Intel公司，在1999年推出 Pentium Ⅲ处理器时，同时推出的第二代SIMD指令集。 SSE在MMX基础上增加了8个128位浮点寄存器（非复用），可以用来存放四个存放32位单精度浮点数。 4.3 SIMD技术 SSE新增寄存器示意图 2 SSE SSE新增70条浮点运算的SIMD指令： (1) 50条SIMD浮点运算指令 (2) 8条优化内存中连续数据块传输指令 (3) 12条MMX 整数运算增强指令 SSE指令与3DNow!指令彼此互不兼容。 4.3 SIMD技术 3 SSE2 2001年配合Pentium 4 推出了SSE2（Streaming SIMD Extensions 2）。 SSE2扩展了SSE指令集，可完全取代MMX。 SSE2新增144条指令，由两个部分组成： SSE部分 MMX部分 SSE部分主要负责处理浮点数，MMX部分专门计算整数。 将 MMX 64位整数指令扩展到128位，浮点数指令处理双精度数。 4.3 SIMD技术 4 SSE3 2004年基于Prescott核心的Pentium 4 开始使用SSE3（Streaming SIMD Extensions 3）。 SSE3在SSE2基础上新增13条指令，共划分为五个应运层，分别为数据传输命令、数据处理命令、特殊