第5章计算机系统结构2010-2011-1-2.ppt

计算机系统结构第5章标量流水技术 孙志海杭州电子科技大学计算机学院szh 2010年12月 本章的主要内容 控制流及其改变标量流水工作原理流水操作中的主要障碍先进的流水技术多线程处理技术 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 1 衡量指标吞吐率 单位时间内能处理的任务数或输出结果的数量 加速比 流水线工作方式与等效顺序串行工作方式工作速度之比 效率 流水线各功能段的利用率 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 2 吞吐率 Tp Tp n Tkn为任务数 Tk是处理完成n个任务所用的时间 最大吞吐率 流水线达到稳定状态后可获得的吞吐率 注 最大吞吐率取决于流水线中最慢一段所需的时间 该段成为流水线的瓶颈 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 3 最大吞吐率 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 4 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 5 解决瓶颈的方法 1 细分瓶颈段 将瓶颈过程进一步细分成若干个子过程 使每一个子过程与其他子过程时间相等 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 6 解决瓶颈的方法 2 重复设置瓶颈段 并联设置多套功能段部件 使其轮流工作 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 7 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 8 实际吞吐率流水线在开始时需要建立时间 结束时有一段排空时间 实际吞吐率总是小于最大吞吐率 各段时间为 t 深度为m的流水线 完成n个任务所需要的时间实际吞吐率 Tp n T 即Tp Tpmax 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 9 对各段时间不等的情况 实际吞吐率 深度为m的流水线 完成n个任务所需要的时间实际吞吐率 其中 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 10 加速比指采用流水方式后的工作速度与等效的顺序串行工作方式的速度之比 对各段时间相等的情况 5 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 11 流水线各段时间不完全相等时 加速比为 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 12 效率 E 流水线中的各功能段的利用率 图5 7 对各段时间相等的情况 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 13 对各段时间不等的情况 n个任务m段流水 流水线效率为 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 14 例 设有A B两个向量 每个向量有4个元素 要求用下面的流水线计算 a 静态加 乘双功能流水线 求实际吞吐率 加速比和效率 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 15 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 16 实际吞吐率效率加速比 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 17 现有一条3段流水线 各段执行时间依次为 t 3 t和 t 1 计算连续输入30条指令时的实际吞吐率和效率 2 将瓶颈段细分为3个独立子段 各子段执行时间均为 t 计算改进后的流水线连续输入30条指令时的实际吞吐率和效率 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 18 1 各段执行时间不等的连续流动可以用公式直接计算吞吐率和效率 已知 t1 t t2 3 t t3 t 瓶颈段执行时间为 t2 3 t 当m 3 n 30时 5 2标量流水工作原理 流水线的主要性能及其分析 19 2