第5章重叠、流水和向量流水处理机.ppt

2 流水线分类 分级：（处理的级别分类） 部件级：指部件内各子部件间的流水，将复杂的算逻运算组成流水工作方式； 处理机级：指构成处理机的各部件之间的流水，如取指、分析、执行部件间的流水 ； 处理机间级：构成计算机系统的每个处理机完成某一专门任务，各个处理机所得到的结果需存放在与下一个处理机所共享的存储器中 。 按流水具有的功能多少： A.单功能流水线：指流水线内各段固定连接，同一时间内只能完成单一的一种功能。 一、吞吐率、加速比和效率。 （1）各段时间均相等的流水线 各段时间均相等的流水线时空图 流水线完成n个连续任务所需要的总时间为 （假设一条k段线性流水线） 　　　　Tk＝kΔt＋(n-1)Δt＝(k＋n-1)Δt 流水线的实际吞吐率 最大吞吐率与实际吞吐率的关系 图5-24是非流水线预约表5-22对应的另一种连接图。 初始冲突向量用一个m位的二进制数表示，其中m表示禁止向量 中的最大值。对于一张k列的预约表，有m ≤ k-1。通常禁止向 量用C0 = (CmCm-1…C1)来表示，如果i在禁止向量中，则Ci为1， 否则Ci为0。上例中预约表的初始冲突向量C0=（101100） 010110+ 101100=111110=C1，即为新的冲突向量。同理，我们 可计算出C2= 101111，C5 =101101，用冲突向量可画出流水线 状态转换图： （1）冲突向量中，位=0表示不发生冲突，其位置号是不发生 冲突的间隔拍数。 （2）从初始状态开始，检查冲突向量中为0的位，有几个0， 就会有几个新的冲突向量。 （3）逐次计算新的冲突向量，并用有向图连接。 （4）有向弧上的数字表示产生新的冲突向量所用的间隔拍数 最大吞吐率Tpmax=1/(3 Δt) 照最佳调度方案（1，1，7）连续输入9个任务，求流水线的 实际执行时间、吞吐率和效率。 完成任务的总时间=建立时间+（n-1）个任务流出时间 = （7+1+1+7+1+1+7+1+1）Δt=27Δt 其中，（n-1）个任务的流出时间示意如下： 任务1 2 3 4 5 6 7 8 9 9个任务可以在27个周期内完成。 吞吐率= 9/(27 Δt) = 1/(3 Δt )=33%/Δt 效率=8*9/(4*27)=2/3=66.7% 10个任务可以在34个周期内完成。 吞吐率10=10/34= 5/17=29%/Δt 效率10=8*10/(4*34)=80/136=58.8% V2←V0*V1 V3 ←存储器 V4 ←V2+V3 5.3.2 向量流水处理机的结构 1.向量处理机的指令系统 指令类型： V+V→V V+S→V 主存→V V→主存 1 2 3 4 5 6 Vk Vj Vi 1 2 3 4 5 6 Vi Vk Sj 1 2 3 4 5 6 Vi 主存 1 2 3 4 5 6 Vi 主存 2、向量处理机基本系统结构 按向量元素和结果存放分M-M和R-R两类。 主 存 标量寄存器 标量功能部件 向量功能部件 向量寄存器/ 向量缓冲器 向量指令 控制部件 向量存取 部件 指令 处理部件 向量功能部件 向量功能部件 ··· 控制部分：控制部件和缓冲部件 标量流水：功能部件和标量寄存器(S) 向量流水：功能、存取部件和寄存器(V、VM、VL) 向量处理机的典型结构图 以CRAY-1机为例（寄存器—寄存器） CPU结构 向量寄存器 8*64*64 指令缓存器4*64*16 标量寄存器8*64 向量屏蔽Vm 64位 向量长度寄存器Vl 地址寄存器等。 CPU功能部件 12个可并行工作的单功能流水部件 3个向量部件 加（3）逻辑运算（2） 移位（4） 3个浮点部件 加（6） 乘（7） 求倒数（14） 4个标量部件 2个地址功能部件 存储器存取（6） 主 存 V0 V7 向量寄存器组(8×64个) 加 向量 功能 部件 标量寄存器 S0 S7 加 浮点 功能 部件 VM 向量控制 移位 逻辑运算 相乘 迭代求倒数 向量控制 向量长度寄存器 VL B T R/W 地址寄存器 A 其它寄存器：地址寄存器A(8个24bit)， 中间寄存器B (64个24bit)， 中间寄存器