第三章流水线技术 3.1流水线的基本概念 3.2流水线的时空图及性能分析 3.3流水线的相关 34MPSR4000流水线计算机 3.5向量处理机
1 3.1 流水线的基本概念 3.2 流水线的时空图及性能分析 3.3 流水线的相关 3.4 MIPS R4000流水线计算机 3.5 向量处理机
3.1流水线的基本概念 3.1.1有关基本概念 指令的重叠执行 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R(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AU(算术逻辑运算部件)
2 3.1 流水线的基本概念 l一．指令的重叠执行 l 1.一条指令的几个过程段 l 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） l 2）译码分析： 译出指令的操作性质，准备好 所需数据 l 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） 3.1.1有关基本概念
2.对指令执行的几种方式 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 取译执取译执 条 i+1条
3 2. 对指令执行的几种方式 1）顺序执行 (传统机采用) l 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 取 译 执 取 译 执 i 条 i +1 条
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 i条 取译执 i+1条 取译执 3)三条指令重叠:第i条指令的执行与第条的译码及第i+2 条的取指重叠。 条取译执 条取译「执 条 取译执
4 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。 i 条 取 译 执 i+1条 取 译 执 i 条 取 译 执 i+1条 取 译 执 i+2 条 取 译 执
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 译、t执表示 执行n条指令,分别采用顺序执行、两条重叠、三条重叠。 2)分别列出上述三种执行方式所需时间表达式 顺序执行n*(t取十译+执) 两条重叠t取+k*t译+(n-1)*(t取,t执)max+t执 条重叠 t取+(t译,t取)max+(m-2)*(t取,t译,t执)max+ (t执,t译)max+t执
5 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。 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n条指令，分别采用顺序执行、两条重叠、三条重叠。 2）分别列出上述三种执行方式所需时间表达式 顺序执行 n*（t取+t译+t执） 两条重叠 t取+ k* t译+(n-1) *( t取,t执)max+ t执 三条重叠 t取+ ( t译, t取)max+(n-2) *（t取,t译,t执）max+ ( t执, t译)max+ t执