chap3-流水线技术-动画.ppt

3 2DLX的基本流水线 3 3流水线中的相关 3 4实例分析 R4000 3 5向量处理机 3 1流水线的基本概念 产品生产流水线两种方案产品生产流水线两种方案的工作过程对比流水线生产过程的抽象描述产品生产流水线工作方式的主要特点指令流水线浮点加法流水线时 空图通过时间TIASC的多功能流水线 3 1流水线的基本概念 静态流水线动画演示动态流水线动画演示静 动态流水线时空图的对比指令流水线 分析和执行 指令流水线 图示 宏流水线动画解析非线性流水线 举例 流水线的调度问题 实现DLX指令的一种简单数据通路取指令周期操作指令译码 读寄存器周期操作执行 计算有效地址周期操作1执行 计算有效地址周期操作2执行 计算有效地址周期操作3执行 计算有效地址周期操作4存储器访问 分支完成周期操作1存储器访问 分支完成周期操作2 3 2DLX的基本流水线 写回周期操作1写回周期操作2写回周期操作3简单DLX流水线流水过程的第一种描述简单DLX流水线流水过程的第二种描述在IF段完成修改PC分支指令在MEM段进行 这会导致冲突重新组织数据通路流水线各段之间需设置流水线寄存器流水线寄存器的命名 流水线寄存器的作用流水线寄存器的构成IF段的操作ID段的操作ALU指令EX段的操作ALU指令MEM段的操作ALU指令WB段的操作Load Store指令EX段的操作Load Store指令MEM段的操作Load Store指令WB段的操作 分支指令EX段的操作控制DLX流水线的四个多路选择消除瓶颈的方法 举例 重复设置瓶颈段 时 空图 求实际吞吐率 各段时间相等 时空图完成n个任务所需的时间 说明 求实际吞吐率 各段时间不等 时空图非流水线的速度 解释 通过时间和排空时间若各段时间相等 则各段的效率ei相等 从时 空图上看效率 解释 例3 1适合于流水处理的计算过程例3 1画时空图例3 1计算性能求解例3 1时 流水线的效率不高 原因 动态流水线的时 空图举例 动态流水线的时 空图举例 3 3流水线中的相关 结构相关举例 访存冲突 结构相关解决办法 插入暂停周期 引入暂停后的时空图数据相关举例采用定向技术消除例子中的相关定向技术工作过程演示到数据存储器和ALU的定向路径数据相关的分类WAW相关举例需要暂停的数据相关举例 暂停流水线暂停流水线演示A暂停流水线演示BA B C的代码会导致暂停例3 6题解流水线相关硬件可以检测到的各种相关情况在ID段检测是否需要启动Load互锁需要进行三种比较所有的定向 图示 分支转移成功导致暂停3个时钟周期为了减少分支开销改进DLX 改进后的DLX流水线IF的操作改进后的DLX流水线ID的操作各种能改变PC值的指令的执行频度条件分支转移成功的概率预测分支失败时 DLX流水线的处理过程延迟分支以及指令的执行顺序具有一个分支延迟槽的DLX流水线的执行过程分支延迟指令的三种调度方法取消分支 预测成功 取消 分支的执行过程 3 4实例分析 R4000 MIPSR4000流水线结构MIPSR4000流水线中各段的功能MIPSR4000指令序列在流水线中的重叠执行过程MIPSR4000流水线的载入延迟为两个时钟周期MIPSR4000指令序列在流水线中的执行时空R4000流水线ALU输入端的定向源有4个MIPSR4000的基本分支延迟 3个时钟周期MIPSR4000处理分支指令的时空图 3 5向量处理机 长度为N的向量A B C D水平 横向 处理方式垂直 纵向