3.1重叠执行和先行控制 3.先行控制原理 通过先行指令 通过现行指令计数器PC取 PC预取指令m 出现行指令 先符指伶满 指令分析器 变址寻址 地或存储器立即寻址 RR*指令 型指令传 去指令分析器薄取自先作餐令栈的指令进行预处 主 存+理 储 1对于程序控制类的指令,如转移指令,指今 器 分析器可以直接完成指令的执行 通用寄存器 2对于数据运算型指令,指令分析器要将它们 变换成寄存器寄存器型(RR型指令,即将操作 数预先存到寄存器中,使指令能快速执行
运算控制器 先 行 指 令 栈 后 行 写 数 栈 先 行 读 数 栈 存 储 控 制 器 去 主 存 储 器 地 址 线 指 令 分 析 器 先行操作栈 运 算 器 通 用 寄 存 器 3.1 重叠执行和先行控制 3．先行控制原理 通过先行指令计数器 PC1预取指令序列 通过现行指令计数器PC取 出现行指令 指令分析器 指令分析器:对取自先行指令栈的指令进行预处 理. 1.对于程序控制类的指令，如转移指令，指今 分析器可以直接完成指令的执行. 2.对于数据运算型指令，指令分析器要将它们 变换成寄存器寄存器型(RR型)指令，即将操作 数预先存到寄存器中，使指令能快速执行. 立即寻址 传数据 变址寻址 或存储器 型指令,传 地址 RR*指令
3.1重叠执行和先行控制 ■先行控制技术中采取了两个根本的措施:指令 预处理技术和缓冲技术。由于指令和数据的缓 冲,保证了指令分析和指令的执行都能全速地 运行。第k+2条指令 分析 执行 第k+1条指令 分析 执行 第k条指令 分析 执行 第k+2条指令 分析 执行 第k+1条指令 分析 执行 第k条指令分析 执行 缓冲栈深度应满足以下关系: D取指栈≥D操作栈≥D读栈≥D写栈
3.1 重叠执行和先行控制 ◼ 先行控制技术中采取了两个根本的措施：指令 预处理技术和缓冲技术。由于指令和数据的缓 冲，保证了指令分析和指令的执行都能全速地 运行。 第k条指令 分析 执行 第k+2条指令 分析 执行 第k+1条指令 分析 执行 缓冲栈深度应满足以下关系： D取指栈≥D操作栈≥D读栈≥D写栈 第k条指令 分析 执行 第k+2条指令 分析 执行 第k+1条指令 分析 执行
32流水线的基本概念 什么是流水线 1.流水线技术( pipelining) >把一个重复的过程分解为若干个子过程,每个 子过程由专门的功能部件来实现。 把多个处理过程在时间上错开,依次通过各功 能段,这样,每个子过程就可以与其他的子过 程并行进行。 流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水 线的级或段,段与段相互连接形成流水线。流 水线的段数称为流水线的深度
3.2 流水线的基本概念 一.什么是流水线 1. 流水线技术（pipelining） ➢把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个 子过程由专门的功能部件来实现。 ➢把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功 能段，这样，每个子过程就可以与其他的子过 程并行进行。 流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水 线的级或段，段与段相互连接形成流水线。流 水线的段数称为流水线的深度
32流水线的基本概念 2.流水线结构 重叠执行是流水线结构的思想基础,只要在指令 分析器与指令执行部件之后都加上一个锁存器, 就成了一个简单的流水线结构。 指令分析器 指令入 锁存器 指令执行部件 锁存器 结果出 分析k+1 执行k t1 △a2 在流水线的每一个功能部件的后面都要有一个 缓冲寄存器,或称为锁存器、闸门寄存器等,它 的作用是保存本流水段的执行结果
3.2 流水线的基本概念 2．流水线结构 重叠执行是流水线结构的思想基础，只要在指令 分析器与指令执行部件之后都加上一个锁存器， 就成了一个简单的流水线结构。 指令分析器 锁 指令执行部件 存 器 锁 存 分析k+1 执行k 器 Δt Δ 2 t1 指令入 结果出 在流水线的每一个功能部件的后面都要有一个 缓冲寄存器，或称为锁存器、闸门寄存器等，它 的作用是保存本流水段的执行结果
3.时空图 时空图可以直观地表现流水线的工作过程 填入 填满 排空 空间 1{2|3 n 12}3………n-1n 123 n-l n 123 n-In 23…|……n-1n 时间 k·△t (n-1) 横轴表示时间,即各条指令在处理机中经历各个操作时 占用的时间段。如果各级执行所需的时间相等,在横轴上 应表现为等距离的时间段。 纵轴表示空间,即流水线的各个子操作过程,通常也称 为“功能段
3．时空图 时空图可以直观地表现流水线的工作过程 • 横轴表示时间，即各条指令在处理机中经历各个操作时 占用的时间段。如果各级执行所需的时间相等，在横轴上 应表现为等距离的时间段。 • 纵轴表示空间，即流水线的各个子操作过程，通常也称 为“功能段”。 k ·Δt (n-1)Δt 1 2 3 … … … n-1 n 1 2 3 … … … n-1 n 1 2 3 … … … n-1 n 1 2 3 … … … n-1 n 时间 空间 S1 S2 S3 S4 S 1 2 3 … … … n-1 n 5 填入 填满 排空