多周期处理机 Selload SeIalua 存储器 寄存器堆 Add DI A O1 C DO d Alu Sellldst IR CAD Z B Zerol A2 WriteR Writezero Writer"Selst Writereg AluoP WriteMem Imme 立即数符号扩展 Sealab disp 偏移量符号扩展 opcode WritePc 控制部件 Zero Writezero 计算机组成原理
计算机组成原理 6 多周期处理机 ALU 立即数符号扩展 P C 存储器 寄存器堆 rs2 A rd WritePC SelSt AluOP IR SelLoad disp WriteReg rs1 B WriteZero 1 imme 偏移量符号扩展 Zero SelAluB SelAluA WriteIR SelLdst Z WriteMem ... WritePC WriteZero Zero opcode ... 控制部件 Q1 A1 Q2 DI AD A2 DO DI WE CS Add 1 0 3 1 0 0 1 0 1 0
多周期实现概述 单周期处理器的问题根源: 对于最慢的指令,周期时间必须足够长 解决方案 将指令处理分为更小的步骤,每个周期执行一步(而不是整 个指令) 周期时间:执行最长步所需的时间 使所有的步骤尽量具有相同的长度 这是多周期处理器的本质所在 多周期处理器的优点 周期时间非常短 ·不同的指令需要不同的周期数来完成 装入指令需要5个周期,一跳转仅仅需要3个周期 允许每条指令多次使用同一个功能部件 计算机组成原理
计算机组成原理 7 单周期处理器的问题根源: 对于最慢的指令，周期时间必须足够长 解决方案: • 将指令处理分为更小的步骤，每个周期执行一步（而不是整 个指令） - 周期时间： 执行最长步所需的时间 - 使所有的步骤尽量具有相同的长度 • 这是多周期处理器的本质所在 多周期处理器的优点: • 周期时间非常短 • 不同的指令需要不同的周期数来完成 - 装入指令需要5个周期，- 跳转仅仅需要3个周期 • 允许每条指令多次使用同一个功能部件 多周期实现概述
流水线的基本概念 什么是流水线 计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个子过 程,每个子过程与其他子过程并行进行。由于这种工作方式与 工厂中的生产流水线十分相似,因此称为流水线技术。 从本质上讲,流水线技术是一种时间并行技术。 计算机组成原理
计算机组成原理 8 流水线的基本概念 什么是流水线 计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个子过 程，每个子过程与其他子过程并行进行。由于这种工作方式与 工厂中的生产流水线十分相似，因此称为流水线技术。 从本质上讲，流水线技术是一种时间并行技术
计算机的各个部分几乎都可以采用流水线技术 (1)指令的执行过程可以采用流水线,称为指令流水线。 (2)运算器中的操作部件,如浮点加法器、浮点乘法器等可 以采用流水线,称为操作部件流水线。 (3)访问主存的部件可以采用访存部件流水线。多个计算机 之间,通过存储器连接,也可以采用流水线,称为宏流水线。 计算机组成原理
计算机组成原理 9 计算机的各个部分几乎都可以采用流水线技术: (1)指令的执行过程可以采用流水线，称为指令流水线。 (2)运算器中的操作部件，如浮点加法器、浮点乘法器等可 以采用流水线，称为操作部件流水线。 (3)访问主存的部件可以采用访存部件流水线。多个计算机 之间，通过存储器连接，也可以采用流水线，称为宏流水线
指令的重叠执行 (1)顺序执行方式 (2)一次重叠执行方式 (3)二次重叠执行方式 取指k分析k 执行k取指k+1分析k+1执行k+1 T=3nt (1)顺序解释执行 取指k分析k执行k T=(2n+1)t 取指k+1分析k+1执行k+1 (2)重叠解释执行 取指k分析k执行k T=3t+(n-1)t=(n+2)t 取指k+1分析k+1执行k+1 (3)更高重叠程度的解释执行 计算机组成原理
计算机组成原理 10 指令的重叠执行 (1)顺序执行方式 (2)一次重叠执行方式 (3)二次重叠执行方式 (2) 重叠解释执行 取指k 分析k 执行k 取指k+1 分析k+1 执行k+1 T=(2n+1)t 取指k 分析k 执行k 取指k+1 分析k+1 执行k+1 (3) 更高重叠程度的解释执行 T=3t+(n-1)t=(n+2)t 取指k 分析k 执行k 取指k+1 分析k+1 执行k+1 (1) 顺序解释执行 T=3nt