《标量处理机eng》PPT课件

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1、2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-1MultipleInstructionIssueWehaveattemptedtolimitstallsfromhazardstolowertheaverageCPItotheidealCPIof1CanwedecreaseCPItounder1?How?Issueandexecutemorethan1instructionatatimeMultiple-issueprocessorscomeintwokinds:Superscalarsusestaticand/ordynamicschedulingmechanismsandmultiplefu

2、nctionalunitstoissuemorethan1instructionatatimeVLIW(verylonginstructionword)useinstructionswhicharethemselvesmultipleinstructions,scheduledbyacompilerallinstructionsinthelongwordareexecutedinparallelthisrequiressoftware(compiler)support2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-2SuperscalarHardwareissuesfrom1to8instruc

3、tionsperclockcycletheseinstructionsmustbeindependentandsatisfyotherconstraintsAvoidstructuralhazards-usedifferentfunctionalunits,makeupto1memoryreferencecombinedSchedulingofinstructionscanbedonestaticallybyacompilerordynamicallybyhardwareWhileasuperscalarcanissueanycombinationofinstructions,forsimpl

4、icity,wewillconcentrateona2instructionsuperscalarforMIPSwhereoneinstructionwillbeanintegeroperationandtheother,ifavailablewillbeafloatingpointoperationThissimplificationreducesthecomplexityofthehardware,butalsoreducestheusefulnessofthesuperscalar2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-3超标量处理机的基本结构如果把处理机中能够同时运行的指令条数定

5、义为指令并行度ILP（instructionlevelparallelism），那未一条k级流水线的ILP为k。如果一个超标量处理机中存在n条这样的流水线，其ILP为nk。12341234整数寄存器123412345656浮点数寄存器存储器图2-26常见的超标量处理机组成返回上一张2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-4指令的单发射与多发射处理机从指令存储单元（或指令分配单元）取得指令的过程称为“发射”。如果一个处理机在单个时钟周期中只能取出一条指令供执行，就称为单发射处理机。如果在一个时钟周期内可以同时取得多条指令的处理机可以称为多发射处理机。时钟周期指令I1I2I351234IFI

6、DEXWRIFIDEXWRIFIDEXWR时钟周期指令I6I1I2I3I4I512345EXWRIFIDIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWR(a)单发射(b)多发射图2-28单发射与多发射工作方式比较返回上一张2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-5超标量流水线处理机超标量流水线的发射策略已经指出，限制指令级并行性的3种因素是：1.结构相关，即资源冲突；2.控制相关；3.数据相关，即WR相关、RW相关、WW相关。在超标量流水中，上述相关的存在，使问题变得更加复杂化。因此超标量流水线的调度，即指令的发射和完成策略，对于充分利用指令级的并行度，提

7、高超标量处理器的性能十分重要。所谓指令发射策略包括两层意思，一是取指令的次序，另一个是所取指令的执行次序。2021/7/17余腊生版权所有，违者必究5-6超标量流水线处理机指令发射(instructionissue)是指启动指令进入执行段的过程。指令发射策略是指指令发射所用的协议或规则。当指令按程序的次序发射时，称之为按序发射(in-orderissue)。为改善流水线性能，可以将存在相关性的指令