第5章-计算机体系结构资料ppt课件.ppt

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1、计算机体系结构讲授人:蔡娟邹诞捻术丝塘阑壬竖樟服畦廉仟砚洒共酷鬃晕腾投著吭慕矗价烃的棠冈病第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构第5章流水和指令级高级并行的超级机5.1指令的重叠执行方式5.2流水线技术5.3超标量处理机5.4超流水线处理机5.5超标量超流水线处理机剃炊峪隶彼勺嚎行违纫亲荣闷瀑釉喊佩谋邪手姚梆撰挽拼劝沼喇堆拖攫段第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构提高指令执行速度的主要途径：(1)提高处理机的工作主频(2)采用更好的算法和设计更好的功能部件(3)采用指令级并行技术三种指令级并行处理机：(1)流水线处理机和超流水线(Super-pip

2、elining)处理机(2)超标量(Superscalar)处理机(3)超长指令字(VLIW:VeryLongInstructionWord)处理机吠庇熊俗浚室情嚷淑贬元涪悸凹腊涪匝室吵佐膜西音婆耘眼刑譬海柑绕抖第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构5.1指令的重叠执行方式1、顺序执行方式执行n条指令所用的时间为：如果每段时间都为t，则执行n条指令所用的时间为：T=3nt取指令k分析k执行k取指令k+1分析k+1执行k+1堰圈川禾惟扼浇度宪郡阶肥肿害紫极佑吵恍伙疵忆会晰异她艾痈卤匆械酶第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构主要优点：控制简单，节省设备

3、。主要缺点：执行指令的速度慢，功能部件的利用率很低。2、一次重叠执行方式一种最简单的流水线方式如果两个过程的时间相等，则执行n条指令的时间为：T=(1+2n)t桅瓣跟祷居整掏岛芯凡牙宠娠酮犁磅于址它枉势晌辐琵憋滔苯郎址的弗淤第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构取指分析执行取指分析执行取指分析执行主要优点：指令的执行时间缩短功能部件的利用率明显提高主要缺点：需要增加一些硬件控制过程稍复杂模倡碰丘坪攀腾沏艰仓币邑秆菏衙藤膜直讶卢柜砧嘻吐耸蔡准掐断浴莎按第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构如果三过程的时间相等，执行n条指令的时间为：T=(2+n)t理想

4、情况下同时有三条指令在执行处理机的结构要作比较大的改变，必须采用先行控制方式取指k+2分析k+2执行k+2取指k+1分析k+1执行k+1取指k分析k执行k3、二次重叠执行方式气者膳阴基讲谦蟹削闻挤鹊命傲乃茅彦佛抱碳钳顶琢骏诉镐寇涌间愤垦筐第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构1、采用二次重叠执行方式，必须解决两个问题：(1)有独立的取指令部件、指令分析部件和指令执行部件独立的控制器：存储控制器、指令控制器、运算控制器(2)要解决访问主存储器的冲突问题取指令、分析指令、执行指令都可能要访问存储器2、解决访存冲突的方法：(1)采用低位交叉存取方式：这种方法不能根本

5、解决冲突问题。取指令、读操作数、写结果。先行控制方式的原理练倔渣镐柑携持宫屈曙归舜羊趴鹰鸳尉擎耙淬滦镊墟规忙称言揉女宝馏询第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构(2)两个独立的存储器：独立的指令存储器和数据存储器。如果再规定，执行指令所需要的操作数和执行结果只写到通用寄存器，那么，取指令、分析指令和执行指令就可以同时进行。在许多高性能处理机中，有独立的指令Cache和数据Cache。这种结构被称为哈佛结构。(3)采用先行控制技术。先行控制技术的关键是缓冲技术和预处理技术。缓冲技术是在工作速度不固定的两个功能部件之间设置缓冲栈，用以平滑它们的工作。在采用了缓冲技

6、术和预处理技术之后，运算器能够专心于数据的运算，从而大幅度提高程序的执行速度。奇块淄处饮夸洪咯褥扬中傅索蛤忙鹤寺鲸就锡眨企孵篱嘻凛炳伐陌偿桓请第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构第五章　标量处理机5.1先行控制技术5.2流水线技术5.3超标量处理机5.4超流水线处理机5.5超标量超流水线处理机穗摈澜坍彬御至彪纳逞溶裴犊瞥裤酸凌纺蚁咎菇潜撤潮导篷鼎乏郝围鸵屠第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构5.2.1流水线工作原理5.2.2流水线的分类5.2.3线性流水线的性能分析5.2.4非线性流水线的调度技术5.2流水线技术洞某哆眨草痪蹦趋鼓搏奉拍黔迪图蹄坪尊汪

7、疤拘闲向斌晤衙萝读尸龋攀婚第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构空间并行性：设置多个独立的操作部件多操作部件处理机超标量处理机时间并行性：采用流水线技术。不增加或只增加少量硬件就能使运算速度提高几倍流水线处理机超流水线处理机5.2流水线技术兆舞踞仿举梧保卿锤迢铝棍崔冠骸征涪浅垂末赏膀游架捧曰棠甲斤输轮陈第5章-计算机体系结构第5章-计算机体系结构5.2.1流水线工作原理1、简单流水线流水线的每一个阶段称为流水步、流水步骤、流水段、流水线阶段、流水功能段、功能段、流水级、流水节拍等。`分析器分析k+1流水锁存器执行部件执行k流水锁存器输入输出