重叠流水和向量流水处理机.pptxVIP

本章要点;5.1 重叠方式 ;执行n条指令需：T=（1+2n）t； 优点：指令执行时间缩短了近1/2；功能部件的利用率也有 所提高； 缺点：需要增加一些部件，控制也要复杂些；;执行n条指令需要：T=（2+n）t 指令的执行时间缩短了近2/3，是一种比较理想的指令执行方式； 这种执行方式存在着访存冲突，要解决访主存的冲突问题,通常采用以下几种方式： （1）主存分成两个独立编址的存储器，一个专门存放指令，一个专门存放操作数； （2）指令和数据仍然混存在一个存储器中，采用多体交叉主存结构，不能根本解决; (3）采用先行控制技术，增设采用先进先出方式工作的指令缓冲寄存器。;3 一次重叠：把取指令操作隐含在分析、执行指令过程中，则 在任何时候只允许上条指令“执行”与下条指令“分析”相重叠。;三、先行控制; 结果：解决了分析与执行时间不等长问题。; 硬件结构：;5.1.2 相关处理 ;图 5.5 IBM 370“执行”指令的执行 ;3. 主存空间数相关的处理 ;4. 通用寄存器组相关的处理 设机器的基本指令格式为 ;图 5.7 指令解释过程中与通用寄存器内容有关的微操作时间关系;图 5.8 “执行k”、 “分析k+1”重叠时，访问通用寄存器组的时间关系 ;图 5.9 用相关 专用通路解决 通用寄存器组 的数相关 ;（2）通用寄存器组基址值和变址值相关的处理;图 5.11 B一次、 二次相关的推后处理 ;图 5.12 B相关专用通路法 ;5.2 流 水 方 式 ;流水线工作方式：指令一条接着一条从输入端流入，经过各个子 过程后从输出端流出。 ;图5.16是对应5.14浮点数加法器流水线的时空图;（2）流水线特点： 1）流水一定重叠，比重叠更苛刻。 2）一条流水线通常有多个流水段组成。 3）每段有专用功能部件，各部件顺序连接，不断流。 4）流水线有建立时间、满载时间、排空时间。 5）各段时间尽量短、一致；不一致时最慢子过程 为瓶颈。 6）给出指标如最大吞吐率，为满负载最佳指标。;2 流水线分类;TI-ASC运算器流水线（多功能）;按工作方式分为： A.静态流水线：在某一时间内各段只能按一种 功能连接流水，只有等流水线全部流空后，才能切换 为另一种功能； ;浮加排空完，再进行定乘;按流水线中各功能段是否有反馈回路，分为： A. 线性流水线：各段串行联接，没有反馈回路，各个段 只经过一次； B. 非线性流水线：除有串行联接通路外，还有某种反馈 回路，需多次经过某个段或越过某个段；; 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;⑵ 流水线中各个段的执行时间不完全相等，流水线出现“瓶颈”部件。 ;;解决流水线“瓶颈”问题有两种方法：;另一种方法：将流水线的“瓶颈”子部件设置多套并联 ;2. 加速比  ;（1）各个功能段执行时间均相等的k段流水线上完成n个连续任务的实际加速比为 ：;（2）如果流水线上各个功能段的执行时间不相等，则流水线的加速比为： ;3.效率  ;（1）在流水线的各功能段执行时间相等 连续输入n个任务的情况下，一条k段流水线的效率为：;（2）流水线的各段执行时间不相等 连续执行n个任务时的流水线效率为： ;二. 标量流水线的性能举例 ;;流水线的实际吞吐率TP为： ;【例5.2】 设向量A和B各有4个元素，图5.20为静态双功能的流水线连接图，其中，1→2→3→5组成加法流水线，1→4→5组成乘法流水线，设每个流水线所经过的时间均为?t，则计算向量点积;;流水线的实际吞吐率TP为： ;【例5.3】 假设图5.20表示的双功能流水线为动态双功能流水线，则重新计算向量点积;;流水线的实际吞吐率TP为：;课堂练习;一、局部性相关处理; 解决方法：;（2）指令相关 原因：由指令可修改引起。;（3）数据相关 原因：对主存数据或通用寄存器数据的操作引起的相关。; 相关类型一解决方案： a.延迟执行法（后推法） 不同拍之间相关时，停顿后继指令的运行，直到前面指令结果生成；（R或M相关） 同一拍中相关时，采用推后读、提前写方法（后半拍读、前半拍写）； （R或M相关） RISC指令的装载延迟，采用联锁硬件检测，并使流水线停顿，直到相关消除。; b.相关专用