第六章流水线处理机及其设计

.,6,流水线处理机及其设计,.,6.1引言,S:性能加速比I:一个程序被执行的总的指令条数CPI:每条指令总体平均所需的时钟周期数CPInp:非流水线处理机的CPICPIp:流水线处理机的CPIm:一条指令执行分成级T:每个时钟周期的时间长度,.,.,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,.,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,1,2,1,2,3,1,1,2,2,1,2,3,4,5,2,3,3,3,4,4,4,5,5,6,.,指令系统,.,.,.,.,6.2.1流水线级,6.2流水线处理机的数据路径,.,.,.,流水线是m级每一级的时间是t执行n条指令写出非流水线操作时，所需时间公式写出流水线操作时，所需时间公式,1.T=nmt2.T=mt+(n-1)t3.S=流水线性能/非流水线性能=nmt/(mt+(n-1)t)=nm/(m+n-1)=m/(m/n-1/n+1)=m,.,Addrd,rs1,rs2;Addird,rs1,immeStorerd,rs1,immeLoadrd,rs1,imme,.,6.2.2流水线各级的操作,1.IF级,2.ID级,3.EXE级,4.MEM级,5.WB级,.,.,2.ID级,.,3.EXE级,.,4.MEM级,.,5.WB级,.,0：Addr1,r2,r3;1：Subr4,r5,r6;2：Andr7,r8,r9;3：Addir10,r11,45;4：Orir12,r13,43;,.,Loadrd,rs1,rs2;Loadrd,rs1,imme;,.,Storerd,rs1,imme;,.,6.3.1算术操作和存储器访问控制,6.3流水线处理机的控制,.,R1loadrd,(rs1),.,寄存器堆有两个写端口,.,改造loadrd，(imm)rs1=loadrd,(rs1),.,读寄存器相关,现象解决办法,.,现象,storerd,(rs1,rs2),.,解决办法,.,6.5数据相关及解决办法,6.5.1数据相关问题(现象)6.5.2暂停数据相关流水线6.5.3提高流水线处理机的性能-内部前推6.5.4处理load指令-暂停与内部前推想结合,.,6.5.1数据相关,.,.,.,6.5.2暂停数据相关流水线,.,.,检测出数据相关,DEPEN=A_DEPEN+B_DEPENA_DEPEN=EXE_A_DEPEN+MEM_A_DEPEN,.,.,暂停流水线要做以下3件事情,封锁当前正在译码的指令的写控制信号；不把从存储器取来的下一条指令打入IR；不改变当前PC值。,.,.,.,6.5.3提高流水线处理机的性能,内部前推,.,.,1.转移指令或存储指令2.转移指令或存储指令3.任意指令不相关,1.非转移指令或存储指令2.转移指令或存储指令3.任意指令4.不相关,1.非转移指令或存储指令2.转移指令或存储指令3.任意指令相关,.,.,.,.,.,6.5.4处理load指令-,暂停与内部前推想结合,.,.,.,.,.,6.6转移相关及解决办法,6.6.1转移相关问题,.,.,解决转移相关问题,暂停流水线；假定转移不