计算机体系结构 week5 浙江大学 石教英 陈天洲(主讲).pptx

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计算机体系结构 week5 浙江大学 石教英 陈天洲(主讲)

计算机体系结构;第三章 流水线技术;3.1 流水线基本概念;按完成功能 单功能流水线 多功能流水线 静态流水线 、 动态流水线 按处理的数据类型 标量流水线 向量流水线 按流水线结构 线性流水线 非线性流水线 按流水方式 顺序流水方式: 指令流出顺序 = 指令流入顺序 异步流水方式: 指令流出顺序 ? 指令流入顺序;非线性流水线的调度策略;三、指令流水线;;各流水级完成功能的时间不同,机器周期由最慢的流水级决定; 一条指令按序经过各流水级,从最后一级流出才算执行完成。 2、指令流水线的目的 提高指令处理速度——提高吞吐率:单位时间内完成的指令数 不用流水线技术程序执行时间 Speedup= ——————————————— 用流水线技术程序执行时间; CPUtime= IC *CPI*CC 平均每条指令的执行时间(CPI) Told ? Told / 流水级数 时钟周期缩短(CC) CCold=Told ? Told / 流水级数=CCnew 提高CPU内各功能部件的利用率 3、指令流水线的描述 流水状态图 流水线时空图 ;四、非流水线实现的DLX处理器;3、执行/有效地址计算(ALU) Load/Store: ALUoutput ?A+Imm R-R ALU: ALUoutput ?A func B R-I ALU: ALUoutput ?A op Imm Branch: ALUoutput ?NPC + Imm; Cond ?A op 0 4、存储器访问/转移完成(MEM) Load/Store: LMD ? Mem[ALUoutput] Mem[ALUoutput] ? B Branch: if (Cond) then PC?ALUoutput else PC ? NPC;5、写回周期(WB) R-R ALU: Regs[IR16..20] ? ALUoutput R-I ALU: Regs[IR11..15] ? ALUoutput Load: Regs[IR11..15] ? LMD ;(1)实现方案一:一条指令用多个时钟周期;(2)实现方案二:一条指令用一个长时钟周期;3.2 DLX基本指令流水线; ID的读Reg 与WB的写Reg 2个Reg读 + 1个Reg写 / 时钟周期 ? 2个读口,一个写口 Reg 读 = Reg写 ? 数据竞争 PC 非流水: IF读PC,MEM写PC 流水: IF完成 PC+4 ? PC 前面的Branch指令可能要写PC 流水线锁存器(在两级之间传递值和控制信号) 某一值在后续流水级中要用到,就必须送入Latch 如:IF/ID中有IR ID中要译码 MEM/WB中有IR ALU(IR16..20) 或Load( IR11..15)的目的域段 ID/EX中有IR ;ALU: PC增值 1个Adder 算术逻辑部件 ALU不访存 有效地址计算 访存指令不做ALU操作 1个ALU 控制信号( ? MUX) 1. EX级的MUX: 由指令类型控制 是: NPC ? ALU 是Branch? 否:IR6..10 ? ALU

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