chap3-流水线技术.ppt

《chap3-流水线技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、3.2DLX的基本流水线3.3流水线中的相关◆DLX流水线◆流水线性能分析◆结构相关◆数据相关◆控制相关3.4MIPSR4000流水线计算机3.5向量处理机3.1流水线的基本概念第三章流水线技术3.1流水线的基本概念3.1.1基本概念1.产品生产流水线下面通过一个例子来说明流水线的好处:◆两种方案◆两种方案的工作过程对比第三章流水线技术◆流水线生产过程的抽象描述◆这种流水工作方式的主要特点2.指令流水线把指令的解释过程分解为“分析”和“执行”两个子过程，并让这两个子过程分别用独立的分析部件和执行部件来实现

2、。　　理想情况：速度提高一倍3.1流水线的基本概念3.浮点加法流水线把浮点加法的全过程分解为“求阶差”、“对阶”、“尾数相加”、“规格化”四个子过程，并让它们分别用各自独立的部件来实现。　　理想情况：速度提高3倍3.1流水线的基本概念3.1流水线的基本概念4.时－空图时－空图从时间和空间两个方面描述了流水线的工作过程。时－空图中，横坐标代表时间，纵坐标代表流水线的各个段。3.1流水线的基本概念5.流水技术流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功

3、能段上与其他子过程同时执行。6．流水技术的特点(1)流水过程由多个相联系的子过程组成，每个　　子过程称为流水线的“级”或“段”。“段”的数　　目称为流水线的“深度”。(2)每个子过程由专用的功能段实现；3.1流水线的基本概念(4)流水线需要有“通过时间”（第一个任务流出结果所　　需的时间），在此之后流水过程才进入稳定工作状　　态，每一个时钟周期（拍）流出一个结果；(3)各个功能段所需时间应尽量相等，否则，时间长　　的功能段将成为流水线的瓶颈，会造成流水线的“堵塞”和“断流”。这个时间一般为一个时钟

4、周期　　（拍）；(5)流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入　　端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发　　挥。3.1流水线的基本概念3.1.2流水线的分类流水线可以按不同的观点进行分类。◆单功能流水线：只能完成一种固定功能的　流水线。◆多功能流水线：流水线的各段可以进行不同的　连接，从而实现不同的功能。例如：TIASC的多功能流水线1．按功能的多少来分3.1流水线的基本概念在静态流水线中，只有当输入是一串相同的运算操作时，流水的效率才能得到发挥。动画演示2．按同一时间内各段之间的连接方式

5、来分◆静态流水线：在同一时刻，流水线的各段只能　　　按同一种功能的连接方式工作。3.1流水线的基本概念◆动态流水线：在同一时刻，流水线的各段可以按不同功能的连接方式工作。动画演示这样就不是非得相同运算的一串操作才能　流水处理。优点：能提高流水线的效率缺点：会使流水线的控制变得复杂3.1流水线的基本概念◆静、动态流水线时空图的对比3．按照流水线的级别来分◆部件级流水线（运算操作流水线）：把处理机的算术逻辑部件分段，使得各种数据类型的操作能够进行流水。◆处理机级流水线（指令流水线）：把指令的解释执行过程按

6、照流水方式进行处理。例如：前面把指令解释过程分解为：分析和执行DLX的基本流水线把指令解释过程分解为：取指令、指令译码、执行、访存、写回。(图示)3.1流水线的基本概念3.1流水线的基本概念◆处理机间流水线（宏流水线）：它是指由两个以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。动画解析3.1流水线的基本概念4．按照数据表示来分◆向量处理机：具有向量指令和向量数据表示的处理机。例如：TIASC,CRAY-I等◆标量处理机：不具有向量指令和向量数据表示，仅对标量进行流水处理的处理机。例如：IB

7、M360/91,Amdahl470V/6等5.按照是否有反馈回路来分◆线性流水线：流水线中的各段串行连接，没　有反馈回路。◆非线性流水线：流水线中的各段除有串行连接外，还有反馈回路。(举例)3.1流水线的基本概念3.1流水线的基本概念◆流水线的调度问题◆顺序流动流水线：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序相同。◆异步流动流水线（乱序流水线）：流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序不同。6.按照流动是否可以乱序来分3.1流水线的基本概念3.2DLX的基本流水线3.2.1DLX的一种

8、简单实现首先讨论在不流水的情况下，如何实现DLX。1.实现DLX指令的一种简单数据通路第三章流水线技术2.一条DLX指令最多需要以下5个时钟周期：（1）取指令周期（IF）IR←Mem[PC]NPC←PC＋4操作3.2DLX的基本流水线（2）指令译码/读寄存器周期（ID）A←Regs[IR6..10]B←Regs[IR11..15]Imm←(IR16)16##IR16..31操作指令译码和读寄存器是并行进行的。之所