【流水CPU中的流水线问题】
㈠流水CPU——并行处理技术
广义地讲，并行性有着两种含义:一是同时性，指两个以上事件在同一时刻发生；二是并发性，指两个以上事件在同一时间间隔内发生。计算机的并行处理技术可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段，概括起来，主要有三种形式：① 时间并行;②空间并行;③时间并行+空间并行。
时间并行 指时间重叠，在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。
时间并行性概念的实现方式就是采用流水处理部件。这是一种非常经济而实用的并行技术，能保证计算机系统具有较高的性能价格比。目前的高性能微型机几乎无一例外地使用了流水技术。
空间并行 指资源重复，在并行性概念中引入空间因素，以“数量取胜”为原则来大幅度提高计算机的处理速度。大规模和超大规模集成电路的迅速发展为空间并行技术带来了巨大生机，因而成为目前实现并行处理的一个主要途径。空间并行技术主要体现在多处理器系统和多计算机系统。但是在单处理器系统中也得到了广泛应用。
时间并行+空间并行 指时间重叠和资源重复的综合应用，既采用时间并行性又采用空间并行性。例如，奔腾 CPU采用了超标量流水技术，在一个机器周期中同时执行两条指令。因而既具有时间并行性，又具有空间并行性。显然，第三种并行技术带来的高速效益是最好的。
㈡ 流水线分类
一个计算机系统可以在不同的并行等级上采用流水线技术。常见的流水线形式有：
①指令流水线 指指令步骤的并行。将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段。目前，几乎所有的高性能计算机都采用了指令流水线。☞ 目的： 提高时钟频率(带有欺骗性)
②算术流水线 指运算操作步骤的并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等。现代计算机中已广泛采用了流水的算术运算器。
③处理机流水线 又称为宏流水线，是指程序步骤的并行。由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段，每台处理机负责某一特定的任务。数据流从第一台处理机输入，经处理后被送入与第二台处理机相联的缓冲存储器中。第二台处理机从该存储器中取出数据进行处理，然后传送给第三台处理机，如此串联下去。随着高档微处理器芯片的出现，构造处理机流水线将变得容易了。处理机流水线应用在多机系统中。
㈢ 流水线中的主要问题
要使流水线具有良好的性能，必须使流水线畅通流动，不发生断流。但由于流水过动中会出现以下三种相关冲突，实现流水线的不断流是困难的，这三种相关是资源相关、数据相关和控制相关。
①资源相关
所谓资源相关，是指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用同一个功能部件发生的冲突。
解决冲突的办法：一是指令停顿一拍后再启动，即空档。二是增设一个存储器，将指令和数据分别放在两个存储器中。
②数据相关
在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关的。
解决方法：一是指令停顿一拍后再启动，即空档。二是设置相关的直接通路。
③控制相关
控制相关冲突 是由转移指令引起的。当执行转移指令时，依据转移条件的产生结果可能为顺序取下条指令;也可能转移到新的目标地址取指令，从而使流水线发生断流。
为了减小转移指令对流水线性能的影响，常用以下两种转移处理技术。
☞延迟转移法 由编译程序重排指令序列来实现。基本思想是“先执行再转移”。
☞转移预测法 硬件方法来实现，依据指令过去的行为来预测将来的行为。通过使用转移取和顺序取两路指令预取队列器以及目标指令 cache，可将转移预测提前到取指阶段进行，以获得良好的效果。
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