流水线工作原理 基本思想 重叠延伸方式,使指令解释过程进一步细化, 提高各部件的利用率,以提高指令执行速度。 理想目标:完成任务的时间与操作处理过程无关,只与提供 操作的速度有关 指令流水线举例: IF EXE MEM WB 输入一取指}译码[执行访存仁写回→输出 设:每段时间为△t,有m个段,每段间均可重叠; 则:每间隔△t时间有一条指令流传出 计算机组成原理
计算机组成原理 11 流水线工作原理 1.基本思想 重叠延伸方式，使指令解释过程进一步细化， 提高各部件的利用率，以提高指令执行速度。 理想目标：完成任务的时间与操作处理过程无关，只与提供 操作的速度有关。 输入 取指 译码 执行 访存 写回 输出 IF ID EXE MEM WB s1 s2 s3 s4 s5 指令流水线举例： 设：每段时间为△t，有m个段，每段间均可重叠； 则：每间隔△t时间有一条指令流传出
流水线处理机的最大特点是每一个时针周期都能 启动一条指令的执行。 处理锁 处理锁 处理锁 部件存部件存→部件存」→ 1器 2器 器 CLK 计算机组成原理
计算机组成原理 12 锁 存 器 锁 存 器 CLK 锁 存 器 处理 部件 n 处理 部件 2 处理 部件 1 流水线处理机的最大特点是每一个时针周期都能 启动一条指令的执行
流水技术性 ◆流水技术无助于减少单个任务的处理延迟(1 latency),但有 助于提高整体工作负载的吞吐率 ◆多个不同任务同时操作,使用不同资源 ◆潜在加速比=流水线级数 ◆流水线的速率受限于最慢的流水段 流水段的执行时间如果不均衡,那么加速比就会降低 开始填充流水线的时间和最后排放流水线的时间降低加速比 ◆相关将导致流水线暂停 计算机组成原理
计算机组成原理 13 ♦ 流水技术无助于减少单个任务的处理延迟(latency) ，但有 助于提高整体工作负载的吞吐率 ♦ 多个不同任务同时操作, 使用不同资源 ♦ 潜在加速比= 流水线级数 ♦ 流水线的速率受限于最慢的流水段 ♦ 流水段的执行时间如果不均衡,那么加速比就会降低 ♦ 开始填充流水线的时间和最后排放流水线的时间降低加速比 ♦ 相关将导致流水线暂停 流水技术性
单周期、多周期与流水线 CC1 C C2 LOAD 单周期处理机 STORE CC1 CC2CC3 CC4 CC5 IF ID EXE MEM WB LOAD IF EXE WB 多周期处理机 ADD IF 「凵「「L ID EXE MEM WB ID EXE MEM WB 流水线处理机 ID EXE MEM WB 计算机组成原理
计算机组成原理 14 单周期、多周期与流水线 CC1 CC2 LOAD STORE IF ID EXE MEM CC1 CC2 CC3 CC4 CC5 WB IF ID EXE IF WB 单周期处理机 流水线处理机 多周期处理机 LOAD ADD IF ID EXE MEM WB IF ID EXE MEM WB IF ID EXE MEM WB
流水线处理机的数据路径 S +1 寄存器堆 指令 AD 存储器 QI 数据 存储器 DOFD C Datah rlrsl XALU RHYAdd Q2HB A2 Imme ISE opcode 控制器 IF EXE MEM WB 计算机组成原理
计算机组成原理 15 流水线处理机的数据路径 ALU P C 寄存器堆 rs2 disp rs1 控制器 +1 imme opcode A1 Q1 Q2 DI AD A2 ISE 数据 存储器 Add DO DI A B 指令 存储器 Add Data I R D S E rd d A B I d d Z R S C D rd IF ID EXE MEM WB