CP1=1,CPI≥1？ Pipelining Idealism: 平衡，重复，无冲突 L1⊥23456⊥7891011⊥121314 指令1，pool,lwo Speedup =k 指令2 FL L DL ICOLFO LELWO 指令3 FLDL ICO FOLEL WO CPI≤1，IPC≥1？ 指令4 FLDLCOFO卧hw9 指令5 FL DL CO FOL EL WO 指令6 FL DI ICO FO EL WO 指令7 4PL9404巴w9 指令8 1P449404马y9 指令9 Load Ifetch Reg Exec Mem Wr Store Ifetch Reg Exec Mem R-type Ifetch Reg Exec Mem Wr
CPI = 1，CPI ≥ 1？ Pipelining Idealism： 平衡，重复，无冲突 Speedup = k CPI ≤1，IPC ≥ 1?
哪个周期数据可用？ Time(in clock cycles) Value of CC1 CC2 CC3 CC4 CC5 CC6 CC7 CC8 CC 9 register x2: 10 10 10 10 10/-20 -20 -20 -20 -20 Program execution order (in instructions) sub x2,x1,x3 and x12,x2,x5 or x13,x6,x2 add x14,x2,x2 M sd×15,100(x2) 图4-50 Reg
3 哪个周期数据可用？ 图4-50
beq taken? Program Time (in clock cycles) execution CC 1 CC2 CC3 CC 5 C C6 CC 7 CC 8 CC9 order (in instructions) 40beq$1,$3,72 Reg 44and$12,$2,$5 Reg Reg 480r$13,s6,$2 IM DM Reg 52add$14,s2,$2 IM Reg Reg 72lw$4,50(s7) 图4-59 Reg llxx@ustc.edu.cn 4
llxx@ustc.edu.cn 4 beq taken？ R e g R e g C C 1 T im e (in c lo c k c y c le s ) 4 0 b e q $ 1 , $ 3 , 72 P ro g ra m e x e c u tio n o rd e r (in in s tru c tio n s ) IM R e g IM D M IM D M IM D M D M D M R e g R e g R e g R e g R e g IM R e g 4 4 a n d $ 1 2 , $ 2 , $ 5 4 8 o r $ 1 3 , $ 6 , $ 2 5 2 a d d $ 1 4 , $ 2 , $ 2 7 2 lw $ 4 , 5 0 ($ 7 ) C C 2 C C 3 C C 4 C C 5 C C 6 C C 7 C C 8 C C 9 R e g 图4-59
内容提要 ·流水线技术原理：4.5 ·RV的五级流水线实现：4.6 ·Hazard问题：4.5.2 -结构冲突：stall语义，哈佛结构 -数据依赖：4.7 ·编译技术：插入nop,指令重排，寄存器重命名 ·forwarding技术：RAW ·Interlock技术：Stall -控制相关：4.8 ·编译技术：ush语义，延迟分支 ·硬件优化：提前完成，投机，预测 。多发射技术：4.10 ·硬件多线程：7.5
内容提要 • 流水线技术原理：4.5 • RV的五级流水线实现：4.6 • Hazard问题：4.5.2 – 结构冲突：stall语义，哈佛结构 – 数据依赖：4.7 • 编译技术：插入nop，指令重排，寄存器重命名 • forwarding技术：RAW • Interlock技术：Stall – 控制相关：4.8 • 编译技术：flush语义，延迟分支 • 硬件优化：提前完成，投机，预测 • 多发射技术：4.10 • 硬件多线程：7.5
流水线的“hazard冒险”问题 结构相关：当指令在重叠执行的过程中，硬件资源 满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突时将 产生结构相关。 数据相关：当一条指令需要用到前面指令的执行结 果，而这些指令均在流水线中重叠执行时，就可能 引起数据相关。 ·控制相关：当流水线遇到分支指令和其他会改变P℃ 值的指令时，会发生控制相关。 ·LP:资源confict,数据dependency,控制penalty llxx@ustc.edu.cn 6
llxx@ustc.edu.cn 6 流水线的“hazard冒险”问题 • 结构相关：当指令在重叠执行的过程中，硬件资源 满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突时将 产生结构相关。 • 数据相关：当一条指令需要用到前面指令的执行结 果，而这些指令均在流水线中重叠执行时，就可能 引起数据相关。 • 控制相关：当流水线遇到分支指令和其他会改变PC 值的指令时，会发生控制相关。 • ILP：资源confict，数据dependency，控制penalty