計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》第五章(文件)
【正文】 1） ① M0=a0*b0 … ⑧ M7=a7*b72）畫出各算式在流水線上執(zhí)行過程示意圖3）性能 :/Δ t） η =（ 8*6M=a0*a1*a2*a3*a4*a5*a6*a71）合理分解算式① M0=a0*a1②M1=a2*a3 ③M2=a4*a5 ④M3=a6*a7⑤M4=M0*M1 ⑥M5=M2*M3 ⑦M(jìn)=M4*M51Δ t2Δ t4Δ t33Δ t43）性能 TP=7/27 （個(gè) /Δt ） η= （ 7*6 Δt ） /（ 27Δt*4 ） =7/18167。 RADD,F0 第 2步計(jì)算： f1=a1*b1+c12）縱向（垂直）處理將所有算式列出后，按列進(jìn)行計(jì)算。第 1大步： 取向量R99R0ADDC0R99RC0ST,STR99如本例共用了一百個(gè)寄存器（ R0~R99），因而在向量數(shù)據(jù)不多時(shí)，可用 縱向處理 ，而向量數(shù)據(jù)較多時(shí)，可用 縱橫處理 。R0R9MULB0MULB9基本思想： 將所有向量算式分為若干組，如f0~,R9F0, 4. 向量指令的執(zhí)行過程及性能計(jì)算 已知向量指令： V2← V1 + V0 （浮點(diǎn)加） 向量長度為 64，實(shí)際上是 64組向量數(shù)據(jù)求和。1+14+1+(641)=79(τ) 3*64/(79*108S)≈244MFLOPS可并行執(zhí)行向量長度為 64四、向量的 鏈接 特性1. 鏈接： 當(dāng)兩條指令出現(xiàn) “寫后讀 ”相關(guān)時(shí)，若它們不存在沖突（源、目、功能部件），就可以通過向量寄存器組 把所用的功能部件頭尾相接。 V2←V0+V1。1）畫出向量鏈接特性圖2）完成運(yùn)算用時(shí) 6+2+6+2+4+2+7+2+14+2+（ 641） =110(τ)3）計(jì)算向量數(shù)據(jù)處理速度： 5*64/(110*108S)≈291MFLOPS此處結(jié)論： 相關(guān)在向量鏈接中有利于向量據(jù)處理速度的提高。 V5←V4 位移 。① 源沖突： 從第一次送出到第二次送出之間的時(shí)間② 目沖突： 從第一次接收到第二次接收之間的時(shí)間③ 功能塊： 從第一次送出到第二次送入之間的時(shí)間源沖突（ V1） 1+7+1+1+6+1+1+4+1+1+14+1=39(τ)目沖突（ V0） 1+7+1+1+6+1+1+4+1+1+14+1+1+7+1=48(τ)功能部件（ ） 1+1+6+1+1+4+1+1+14+1=31(τ)V0沖突又分為 表面沖突 與 實(shí)際沖突 ，如上例中，向量長度為 30時(shí)，僅 表面沖突 。 （ 1） V0← 存儲器 (6τ)。 V4←V2+V3 （ 3） V0← 存儲器 。V1←1/V0(14τ)。流水線方式相對于非流水線順序串行方式速度提高的比值稱加速比（ Sp）。概念延伸 :某種流水處理機(jī)相對于另一種流水處理機(jī)的加速比。設(shè) ： 流水線段數(shù) m，指令有 n條，各段經(jīng)過的時(shí)間均為 Δt 線性流水線中各個(gè)段之間串行地鏈接，既無反饋也無跳躍，每個(gè)任務(wù)流經(jīng)流水線中各個(gè)段均只有一次，反之就是 非線性流水線 。 時(shí)間流水線時(shí)鐘段號 即要想不出現(xiàn)爭用流水線功能段的現(xiàn)象，相鄰兩個(gè)任務(wù)送入流水線的間隔拍數(shù)就不能為 8拍，這些間隔拍數(shù)應(yīng)當(dāng)禁止使用。 是采用設(shè)置 m條指令流水線同時(shí)并行處理，以實(shí)現(xiàn)度 m(同時(shí)執(zhí)行 m條指令 )。VLIW中的操作字段： 存 /取 浮點(diǎn)加 浮點(diǎn)乘 轉(zhuǎn)移： 一臺度為 m的超流水線處理機(jī)的時(shí)鐘只是基本機(jī)器周期的 1/m。12912圖 1 常規(guī)標(biāo)量流水處理機(jī)的時(shí)空圖[例 ] 指令由 取指 、 譯碼 和 執(zhí)行 三個(gè)過程組成。過程 5圖 2 超標(biāo)量處理機(jī)的時(shí)空圖取指譯碼執(zhí)行Sp=14Δt/5Δt=過程1554Sp=14Δt/≈執(zhí)行譯碼取指過程[習(xí)題 3] (1)處理器有 一個(gè)乘法部件 和 一個(gè)加法部件 ，不能同時(shí)工作，部件內(nèi)也只能順序方式工作，完成一次加法或乘法均只需 5拍； (2)與 (1)基本相同，只是 乘法部件 和 加法部件可并行； (3)處理器有一個(gè)乘、 加雙功能靜態(tài)流水線 ，乘、加均由 5個(gè)流水段構(gòu)成，各段經(jīng)過時(shí)間要 1拍； (4)處理器有 乘 、 加兩條流水線 ，可同時(shí)工作，各由 5段構(gòu)成，每段經(jīng)過時(shí)間為 1拍。Bc4d1 d2 d3c1 c2 c3加乘 由向量點(diǎn)積 A1520拍25拍d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4加乘部件0d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3d1 d2 d3c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4c1 c2 c3 c4加乘部件05510B(2)乘法部件和加法部件可并行的時(shí)空圖 5部件0乘法部件和加法部件不能同時(shí)工作，部件內(nèi)也只能順序方式工作如下圖所示。長度為 4向量 A和 B的點(diǎn)積為 AB＝ a1*b1+a2*b2+a3*b3+a4*b4B的時(shí)空圖，并求完成全部結(jié)果的最少時(shí)鐘拍數(shù)。 (Δt)時(shí)間 （ Δt） 執(zhí)行(m=4)取指譯碼 圖 3 超長指令字處理機(jī)的時(shí)空圖Sp=14Δt/5Δt=時(shí)間 （ Δt ）3 4 8 123 7 112 6 101 5 94 8 12 請分別畫出在 常規(guī)標(biāo)量流水處理機(jī) 及度 m均為 4的 超標(biāo)量處理機(jī) 、 超長指令字處理機(jī) 、 超流水線處理機(jī) 上工作的時(shí)空圖，分別計(jì)算出它們相對常規(guī)標(biāo)量流水處理機(jī)的 加速比 Sp。13116在編譯時(shí)，將 多個(gè)能并行執(zhí)行 的不相關(guān)或無關(guān)的操作組合在一起，形成一條有 多個(gè)操作碼字段 的超長指令字。3 指令級高級并行超級處理機(jī) 超標(biāo)量處理機(jī)、超長指令字處理機(jī) 和 超流水線處理機(jī) 是指令級高度并行的三種不同的超級處理機(jī)。調(diào)度方案 平均延遲（ 2， 7） （ 3， 4） （ 4， 3） （ 2,2,7） （ 3， 7） 5（ 7） 7（ 4,7） 延遲禁止表為： F={1， 5， 6， 8}初始沖突向量為： C=（ 10110001）狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及調(diào)度方案： (3,4,7） (4,3,7） l段相隔 8拍，那么兩個(gè)任務(wù)相隔 8拍流入流水線必將會爭用 1段； 2段相隔 6拍，則相隔 5或 6拍流入流水線必將會爭用 2段； 4段相隔 1拍，兩個(gè)任務(wù)相隔 1拍流入流水線必將會爭用 4段； 5段相隔 1拍，兩個(gè)任務(wù)相隔 1拍流入流水線必將會爭用 5段。 1 2 3 4 5 6 7 8 9S1 S2 S3 按此方案進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，必然無沖突 。S4 1 2 3 4 5 6 7S1 V5←V3+V4解：（ 1）即不相關(guān)又無沖突 —— 并行執(zhí)行（不可鏈接）1+7+1+（ 641） =72(τ)3*64/（ 72*108S） ≈ 267MFLOPS（ 2）有相關(guān)，無沖突 —— 可鏈接 1+7+1+1+6+1+（ 641） =80(τ) 3*64/（ 80*108S） = 240 MFLOPS（ 3）條條指令相關(guān)，但有沖突 —— 不能順利鏈接源沖突（ V1） :1+7+1=9(τ) → 推遲 649=55τ 功能塊沖突（加） :1τ→ 推遲 641=63τ 總推遲： 55+63=118(τ) 1+6+2+7+2+6+2+6+1+（ 641） +118=214(τ) 4*64/（ 214*10 8S ） ≈ 120MFLOPS （ 4）條條相關(guān)，且無沖突 —— 可順利鏈接 1+6+2+14+2+7+2+6+1+（ 641） =104(τ) 4*64/（ 104*10 8S ） ≈ 246MFLOPSV3←V2+V0。V4←V5V6(7τ)
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