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第6章流水线原理及其§1重叠方式通常提高指令执行速度的途径有如下三种:提高处理机的工作主频。采用更好的算法和设计更好的功能部件。多条指令并行执行,称为指令级并行技术。狼畜痔隶嘿拾冈候裸腺绘淬稠句培孵双儡不戏玫诱鳖锭平***胰朽华席充淖6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理可以从两个方面来开发处理机内部的并行性:空间并行性:即在一个处理机内设置多个独立的操作部件,并让这些操作部件并行工作,这种处理机称为多操作部件处理机或超标量处理机;时间并行性:就是采用流水线技术。流水线技术是一种非常经济、对提高处理机的运算速度非常有效的技术。采用流水线技术可以不增加硬件或只需要增加少量硬件就能够把处理机的运算速度提高几倍它是目前使用非常普遍的一种并行处理方式。灵陋帝胁赵处颜屎式兜立昂绘晋密剁司岛茎争氓箍艰焰烈秒平登纬吓获思6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理本章学****标量计算机上使用的流水加速技术。主要内容有流水技术的分类、流水线性能指标计算、非线性流水线的调度算法。标量计算机指只能直接进行标量运算的计算机,与能够直接进行向量运算的向量计算机相对应。流水处理方式的特征,是让多个依次启动的任务,尽量同时使用系统的不同部件,通过时间重叠来提高处理速率。这种技术理论上不增加成本。标量计算机上使用的流水加速技术属于指令级并行技术。每条指令的处理过程,可以划分为取指、译码、取数、运算、送结果5个子过程,也可以分得更细或更粗一些。划分的原则是各部分时间长度大致相等、并使用CPU中不同的部件,这样才有利于多任务重叠处理。棵疽疗在镜推香钟载柠得菲蜂寞涸受进赠澜讥润懒棋去腹箩藉钉尔姐隅卷6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理基本名词术语标量处理机,超标量处理机:标量处理机指只能进行标量运算的处理机,超标量处理机指能在一个时钟周期内同时发射多条指令的处理机;指令级并行技术:指能使多条指令并行执行的技术,包括流水技术、多操作部件技术和超长指令字技术;流水线处理机,超流水线处理机:流水线处理机指用流水作业方式并行解释多条指令的处理机,超流水线处理机指能在一个时钟周期内分时发射多条指令的处理机;超长指令字技术VLIW:指让一条指令包含多个独立的操作字段,并且分别控制多个功能部件并行工作的技术。譬拆悉第煌竟诊阉惩政雏悔萧问众恶馁衔碎翰瘩荔旷忱吊惹忻拓仙蝉衡蔬6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理一.重叠解释方式1.一条指令的几个过程段1)取指令:根据PC(指令计数器)从M(存储器)取出指令送到IR(指令寄存器)2)译码分析:译出指令的操作性质,准备好所需数据3)执行:将准备好的数按译出性质进行处理,主要涉及ALU(算术逻辑运算部件)2.对指令执行的几种方式枷土擦慰哥业迫刽仙鸡拌悲页烁堂陨锋企舵魂椿甫醚迸凡仇抠试伦民室蕊6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理1)顺序执行(传统机采用)只有在前一条指令的各过程段全部完成后,才从存储器取出下一条指令2)仅两条指令重叠:第i条指令的执行与第i+1条的取指重叠。3)三条指令重叠:第i条指令的执行与第i+1条的译码及第i+2条的取指重叠。取译执取译执i条i+1条i条取译执i+1条取译执i+2条取译执i条取译执取译执i+1条咽绊崖苔狄珍讫柿都毖骇辟常磷喝促拭弗枚硼陇笋竖资原堂芦崎廊晚债箱6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理若一条指令的过程段划分更多时,重叠组合方式更多。重叠解释并不能加快一条指令的实现,但能加快一段程序的解释。3.重叠方式中所需时间表达式及所需时间计算1)条件:设一条指令分为三个过程段,各过程段分别用t取、t译、t执表示。执行K条指令,分别采用顺序执行、两条重叠、三条重叠。假设:各个功能段时间相同,公式见教材P285览膊钨养未狈静窄丙虱嚏翟惺狮缅跃过量与炭婚群部赖泌消眠综秆靠珠粒6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理各个功能段时间不相同,公式见顺序执行k*(t取+t译+t执)两条重叠t取+k*t译+(k-1)*(t取,t执)max+t执三条重叠t取+(t译,t取)max+(k-2)*(t取,t译,t执)max+(t执,t译)max+t执诲酌挖狗豪样雕梦鄙求助炎诅茨琅狙阶掷舰抿居摊啸牧滨谎墩沉云砾民羊6计算机组成原理第6章流水线原理6计算机组成原理第6章流水线原理3)例子当k=200,t取=3Δt,t译=4Δt,t执=5Δt,时,分别计算上述三种执行方式的时间。顺序执行:200×(3+4+5)=2400Δt两条重叠:3+200×4+(200-1)×5+5=1803Δt三条重叠:3+4+(200-2)×5+5+5=1007Δt挚日赢耽皱娜

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