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简单指令流水.pdf

上传者: hejinsome 2010-12-18 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《简单指令流水pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含简单指令流水技术KrsteAsanovic计算机科学实验室MIT处理器性能方程•一个程序的指令数依赖于源代码、编译技术和ISA•上一讲中的微码DLX符等。

简单指令流水技术KrsteAsanovic计算机科学实验室MIT处理器性能方程•一个程序的指令数依赖于源代码、编译技术和ISA•上一讲中的微码DLX指令周期大约个毫秒•微码DLX每周期的时间取决于微码周期时间•主要是:ROM访问下一个的uPC片选逻辑的时间流水式的DLX•对于流水DLX:–首先建立CPI=的非流水线DLX–然后增加流水线寄存器组以减少周期时间同时要保持CPI=一个简单的内存模型•读写总在一个周期内完成–读操作可以在一个时钟的任何时间执行–写操作只能在时钟周期的上升沿时刻执行。•如果写使能〉写地址、数据、和控制信号必须稳定在时钟的边沿。ALU指令的数据路径内存指令的数据路径•程序存储区和数据存储区是否应该分开?•Harvard架构:分开(Aiken和Mark的影响)–只读程序内存–读写数据内存某些层次上这两种内存可以相同。•Princeton架构:一致(vonNeumann的影响)–一个LoadStore指令在执行期间需要多次访问内存LoadStore指令哈佛架构的数据路径寻址方式:(rf)+偏移量rf为基址寄存器rf为Load指令的目标地址或者Store指令的源地址存储器层次(台式机和小型服务器)•当我们命中一个片内cache时此时这里的存储器模型很类似于分层存储器系统。条件转移寄存器间接跳转跳转与链接?跳转和链接PC相对的跳转不需要新的数据路径硬布线控制是一种纯组合逻辑:非流水线DLXALU控制和立即数扩展硬布线控制工作表硬布线控制表硬布线非流水线机•简单•每周期(执行)一个指令•为什么此机型不流行?非流水线DLX•时钟周期必须足够长下列所有步骤有足够的时间运行完毕:–取指令–译码和取寄存器数–ALU操作–需要时取数据–回写寄存器数据时间•在随后时钟周期的上升沿PC寄存器、寄存器组和主存内容会被更新流水线DLX的数据路径•通过将指令的执行(操作)分成多个周期的方式可以将时钟周期缩短•但是CPI会增加除非是指令流水线的方式一种理想的流水线•所有对象都通过相同的流水段•两个流水段之间不共享任何资源•通过所有流水段的传播延时都相等•调度一个对象近入流水线不受对其他流水段中对象的影响–以上条件通常只能在工业流水线上满足。但是指令流水线不满足最后一个条件为什么?流水技术的历史•一些非常早期的机器支具有有限的流水线执行能力–通常情况下下一条指令的取指周期和当前指令的执行周期重合•IBMStretch是第一台引入大规模流水线、链接技术、转移预测技术的超级计算机–此工程始于年年交付使用–没能达到最初的设计要求:性能速度提高倍电路速度提高倍–流水线(能力)增加到可以同时执行条微指令–微码引擎高度流水(可以同时流水处理条微指令)•Stretch最初是bit字节和小写字符并在此后的IBM机上得到应用。如何将数据路径划分成流水阶段•假设内存访问段比其它流水段费时长得多。具体来说假设:•因为由最慢的流水段来决定时间所以我们就有可能将某几个阶段合并到一起而不影响流水性能缩短关键路径•回写阶段比其它阶段花费的时间少•假设我们将回写阶段和内存访问阶段合并〉关键路径增加流水技术的最大加速比•对于级流水如果–tc可以从个单位减少到个单位。加速比=•然而如果–同样在级流水线中可以将tc从个单位减少到个单位。加速比=•但是由于–随着流水线阶段的增加速度会增加–一个级流水线可以将tc从个单位减少到个单位。加速比=。技术假定•我们假设:–一个容量小而高速的存储器(Cache)作为一个容量大而慢速的内存的备份•ALU速度快(至少对整数而言)•多端口寄存器组(慢!)•同时假设有如下时间关系:•级Harvard架构流水线体系结构是我们详细设计的焦点。级流水线执行级流水线执行资源使用图流水执行:ALU指令不十分正确流水执行:需要几个IRIR和控制点控制点链接是否合适?LoadStore指令ALU指令流水线式DLX数据路径(无跳转)在流水线中指令是如何相互联系的?•流水线中的一条指令可能需要使用另外一条指令正在使用的资源结构冲突•流水线中的一条指令计算出的数据可能将在后面的指令中使用。数据冲突•在极端情况下一条指令可以决定下一条指令的执行控制冲突(转移、中断)消解冲突方法这种方式下工作的流水线控制器保证在i阶段执行的指令和~i阶段执行的指令无关(否则会产生死锁)前一流水段的反馈用于停滞指令或终止指令简单指令流水技术处理器性能方程流水式的DLX一个简单的内存模型ALU指令的数据路径内存指令的数据路径LoadStore指令哈佛架构的数据路径存储器层次(台式机和小型服务器)条件转移寄存器间接跳转跳转和链接PC相对的跳转硬布线控制是一种纯组合逻辑:非流水线DLXALU控制和立即数扩展硬布线控制工作表硬布线控制表硬布线非流水线机非流水线DLX流水线DLX的数据路径一种理想的流水线流水技术的历史如何将数据路径划分成流水阶段缩短关键路径流水技术的最大加速比技术假定级流水线执行级流水线执行资源使用图流水执行:ALU指令流水执行:需要几个IRIR和控制点流水线式DLX数据路径(无跳转)在流水线中指令是如何相互联系的?消解冲突方法þÿ

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