重叠、流水和向量处理机 课件.ppt

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1、第五章重叠、流水和向量处理机§1重叠方式一．重叠解释方式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IR（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ALU（算术逻辑运算部件）12.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i条i+1条22)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

2、指令的执行与第i+1条的译码及第i+2条的取指重叠。i条取译执取译执i+1条i条取译执i+1条取译执i+2条取译执3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。2.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、t译、t执表示。执行K条指令，分别采用顺序执行、两条重叠、三条重叠。42）分别列出上述三种执行方式所需时间表达式顺序执行k*（t取+t译+t执）两条重叠t取+k*t译+(k-1)*(t取,

3、t执)max+t执三条重叠t取+(t译,t取)max+(k-2)*（t取,t译,t执）max+(t执,t译)max+t执53)例子当k=200，t取=3Δt，t译=4Δt，t执=5Δt，时，分别计算上述三种执行方式的时间。顺序执行：200×(3+4+5)=2400Δt两条重叠：3+200×4+(200-1)×5+5=1803Δt三条重叠：3+4+(200-2)×5+5+5=1007Δt64重叠方式需要解决的问题1）对存储器的频繁访问①有哪些访问：取指令、取操作数、存放执行结果,I/O通道访问.②希望存储

4、器为多体结构，以适应多种访问源的需要。③当存储器为单体结构时，需要将访问源排队，先后顺序为：取指令、取数据、I/O通道访问、存结果72）应具有先行控制部件①先行：在重叠操作中，当前一条指令在执行过程中就需要提前取出后面的指令进行相应处理，这种提前取出后继指令进行相应处理，称为先行。82）先行控制部件的主要内容Ⅰ）先行地址站，包括先行指令地址站和先行操作数地址站；Ⅱ）先行指令站，用来存放多条指令；Ⅲ）先行操作数站，用来存放多个操作数；Ⅳ）先行地址形成部件，用来形成先行指令地址以及先行操作数地址；Ⅴ）先行操

5、作数译码站，用来完成对多条指令的译码并保留译码输出状态。93）也应具有后行部件后行部件：对指令执行后的结果进行处理的器件，称后行部件。包括：①后行数地址站，提供后行数存放地址。②后行数站，存放运行的结果，并且，这些结果需送存储器。1011二、相关问题1何谓相关：在重叠方式的指令执行过程中，由于发生了某种关联，使正在被解释的指令无法再继续下去的现象，称相关。122相关类型1）从性质上分①指令相关：重新修改了正在被解释的指令②数相关：因等待前面指令执行的结果，使后面指令等待不能连续解释。如：S=a/b+

6、cLDR,ADIVR,BADDR,C；要等DIV结果STR,S；存结果ABCSabcs132）按影响面大小分①局部相关：相关发生时只能影响邻近几条指令的执行，这种相关影响面不大。如等待结果的数相关。②全局相关：相关发生时影响面很大——全局。如条件转移指令，当条件具备时，就转到其他地方去执行程序，而转移指令之后的几条语句已先后被解释了部分功能，但此时全部废弃。14153解决指令相关1）尽可能避免指令相关2）用分支程序代替被修改的指令4.解决条件转移的全局相关1）猜测法①按成功支路猜测：凡是条件转移指令都将

7、成功支路指令提前取到指令站中，此时将不成功支路指令取到后援寄存器组。②按不成功支路猜测：做法与①正好相反。162）分支预测：允许CPU对分支以后的指令进行译码，如P6系列CPU中，取指/译码单元使用一种优化的分支预测算法，用来在多级分支、过程调用和返回时预测指令的流向。17如计算A=B﹡CifA＜0GoTon在进行B﹡C之前，可先对SB⊕SC=？进行判断，决定流向。3）尽可能作成短转移，短循环：使转去的指令都在指令站中。184）增加指令站容量（P6体系中称为指令池——重排序缓冲器，是一个按内容寻址的存储

8、器阵列。可存放40个等待执行的微操作，执行单元能够以任意顺序执行重排序缓冲器中的指令。）5解决等待结果的数相关1）推迟法：包括推迟译码分析，推迟执行。适用范围宽，但不利于速度的提高。192）相关专用通路法当上一条的运算结果需作下一条的源操作数时，如：LDR，AADDR，BSUBR，C20可建一个相关专用通路，比常规通路提前1τ获取源操作数。通用寄存器组AB1τ相关专用通路常规通路1τ21§2流水方式一、流水方式的出现1重叠方式的两种等待1）