計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》第五章-全文預(yù)覽
【正文】 （ 2） V2←V0V1。3）推遲時(shí)間計(jì)算： ① 當(dāng)長(zhǎng)度大于最短有關(guān)時(shí)間時(shí)，實(shí)際需要推遲時(shí)間為： 向量時(shí)間 – 有關(guān)時(shí)間 ② 當(dāng)長(zhǎng)度小于等于有關(guān)時(shí)間時(shí)，實(shí)際不用推遲，可視為表面沖突。 V0←V7V1 故不能順利鏈接。 V2←V0V1。 V5← V3V4。2. 向量指令之間的幾種 鏈接 情況1）既不相關(guān)，又無沖突 不能鏈接，但可并行執(zhí)行（執(zhí)行時(shí)間以最長(zhǎng)向量指令時(shí)間為準(zhǔn)）2）條條指令相關(guān)，且無沖突 可順利鏈接3）條條指令相關(guān)，但有沖突不能順利鏈接 執(zhí)時(shí)間往往需要推遲。 若有多條向量指令，且可并行執(zhí)行時(shí)，完成運(yùn)算用時(shí)，可選用時(shí)最多 的那條向量指令。4）完成運(yùn)算時(shí)間第一個(gè)結(jié)果時(shí)間 +（長(zhǎng)度 1） τ=(1+6+1) τ+(641) τ=71τ5）向量數(shù)據(jù)處理速度計(jì)算 （向量指令條數(shù) *長(zhǎng)度） /（完成運(yùn)算用時(shí)） =（ 1*64） /（ 71*108S） =90MFLOPS (每秒處理的浮點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù) ) ① 邏輯運(yùn)算： ② 定點(diǎn)加： ③ 移位 ： ④ 浮點(diǎn)加： ⑤ 訪存儲(chǔ)器： ⑥ 浮點(diǎn)乘： ⑦ 倒數(shù) ： 此外，在功能部件和向量寄存器組之間相互傳送也用1τ 。R9） 1) CRAY1簡(jiǎn)介 ◆ 美國(guó) CRAY公司 ◆ 1976年 ◆ 每秒億次浮點(diǎn)運(yùn)算 ◆ 主頻： 80MHz ◆ 字長(zhǎng)： 64位3）向量寄存器組結(jié)構(gòu) 共有 8個(gè) 向量寄存器組（ V0～V7）， 每個(gè)組 可存放 64個(gè)長(zhǎng)度為 64位 的 二進(jìn)制數(shù)的向量數(shù)據(jù) 。R0STC9 送結(jié)果ADD：R9：R0A9 向量乘A0組內(nèi)采用縱向處理，組間采用橫向處理 。F99優(yōu)點(diǎn)： 解決了相關(guān)問題，將原來?xiàng)l條發(fā)生相關(guān)改為條條不相關(guān)。：R,A0MULC99LDADDR0,：B0MULA99,LDf99可分為 4大步完成。RB0, 運(yùn)算速度 通常用每秒執(zhí)行多少指令表示機(jī)器速度， 以 MIPS (Million Instructions Per Second)作為測(cè)量單位。2 流水方式流水方式一、流水方式一、流水方式 重疊方式的 2種等待 流水線的分類用時(shí) \數(shù)據(jù)類型 \規(guī)模 \功能的多少 \同一時(shí)刻送出支路數(shù) 均勻流水線 、非均勻流水線 二、流水線的執(zhí)行過程及性能評(píng)價(jià)二、流水線的執(zhí)行過程及性能評(píng)價(jià) 均勻流水線 :不相關(guān)算式 \相關(guān)算式 時(shí)間匹配的非均勻流水線 :不相關(guān)算式 時(shí)間不匹配的非均勻流水線 :相關(guān)算式三、向量處理機(jī)與向量流水處理三、向量處理機(jī)與向量流水處理 1. 向量處理機(jī)向量處理機(jī)◆ 向量處理機(jī)： 具有向量數(shù)據(jù)表示及指令的流水線處理機(jī)。20152M2M1） /（ 13Δ t*6） =8/13按右圖所示乘法流水線完成算式 :TP=8/13 過程段① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧54321 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧t(Δ t)性能計(jì)算：吞吐率（ TP）： 單位時(shí)間輸出的結(jié)果數(shù)。S1 ② 陣列流水線：在同一時(shí)刻，部件可同時(shí)向多個(gè)地方傳送結(jié)果。 例： TI ASC運(yùn)算器 靜態(tài)流水線：各過程段之間可重新連接，但不同時(shí)刻只能重構(gòu)成一種不同的流水線。（向量很適合流水處理）3）按流水線的規(guī)模① 操作流水線：如將一條指令劃分為多個(gè)過程段進(jìn)行流水處理。如第 3個(gè)過程段用時(shí) 2Δt ，其余 1， 2， 4用時(shí)均為 Δt ：（非均勻流水線） 4 流水線的分類1）按各過程段用時(shí)是否全等劃分① 均勻流水線：各過程段用時(shí)全等② 非均勻流水線：各過程段用時(shí)不全等（如上圖） Ⅰ ）時(shí)間匹配的非均勻流水線。ii+1 執(zhí)取 譯等待執(zhí)行時(shí)間第五章2 產(chǎn)生等待的原因 重迭方式未按時(shí)間單位來劃分過程段，比較粗糙。譯 執(zhí)取 譯 2流水技術(shù)流水技術(shù)◆ ）5 解決等待結(jié)果的數(shù)相關(guān)1）推遲法：包括推遲譯碼分析，推遲執(zhí)行。 如 計(jì)算 A=B﹡C if A＜ 0 GoTo n 在進(jìn)行 B﹡C 之前，可先對(duì) SB⊕S C=？進(jìn)行判斷，決定流向。 ② 全局相關(guān)：相關(guān)發(fā)生時(shí)影響面很大 —— 全局。 如： S=a/b+c LD R , A DIV R , B ADD R , C ；要等 DIV結(jié)果 ST R , S ；存結(jié)果包括：① 后行數(shù)地址站，提供后行數(shù)存放地址。Ⅴ ） 先行操作碼譯碼站，用來完成對(duì)多條指令的Ⅲ ） 先行操作數(shù)站 ， 用來存放多個(gè)操作數(shù)； Ⅳ ） 先行地址形成部件，用來形成先行指令地址Ⅰ ）先行地址站，包括先行指令地址站和先行操作數(shù)地址站；③ 當(dāng)存儲(chǔ)器為單體結(jié)構(gòu)時(shí)，需要將訪問源排隊(duì)，先后順序?yàn)椋? 取指令、取數(shù)據(jù)、 I/O通道訪問、存結(jié)果2）應(yīng)具有先行控制部件① 執(zhí)行 K條指令，分別采用順序執(zhí)行、兩條重疊、 三條重疊。 i第五章第五章 c）存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址08…2238M0715…M7…M82個(gè)存儲(chǔ)體 8路交叉。 …M15體 0 體 1字地址存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址… …22312232248223+72241…存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址a)地址構(gòu)成： 存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )b）帶寬為 75%。 （ b） 在上述每種存儲(chǔ)器組織中，假定只有一個(gè)存儲(chǔ)器模塊失效，確定能獲得的最大存儲(chǔ)器帶寬。設(shè)計(jì) 1：用 1個(gè)存儲(chǔ)體 16路交叉。示意圖如下：02…14存儲(chǔ)器地址寄存器 (6位 )M013…15M11618…30M21719…31M33234…46M43335…47M54850…62M64951…63M7體 0 體 2體地址字地址模塊地址體 1 體 3在一個(gè)模塊發(fā)生故障的情況下 ：8路（ 1體）交叉存取存儲(chǔ)器的最大存儲(chǔ)器帶寬減少到零；4路 2體交叉存儲(chǔ)器的最大帶寬減少到每周期 4個(gè)字（只有一個(gè)體被廢棄）；2路 4體交叉存儲(chǔ)器中，仍有 3個(gè)體工作，所以最大帶寬為 6個(gè)字。 將高位與低位交叉存取加以組合。高位 m路交叉存取如下圖：地址譯碼器 MAB01……w1MDBM0MABww+1……2w1MDBM1……MAB(m1)wmww1……mw1MDBMm1WAB字模塊……地址ab數(shù)據(jù)總線存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖器模塊地址緩沖器字地址緩沖器3）兩種方式的比較6 交叉訪問的存儲(chǔ)器交叉訪問的存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器由多個(gè)模塊構(gòu)成。 t虛地址頁(yè)面流 ③ 3 3 3 ② 2 2 2 2 ⑦ 7失 失 失 中 失 失 失 中 失 爭(zhēng) 爭(zhēng) 失 中 失 爭(zhēng)[例 ] 考慮一個(gè) 920個(gè)字的程序，其訪問輔存的地址流為20， 22， 208， 214， 146， 618， 370， 490， 492，868， 916， 728。 ② 2 2 2 ⑦ 7 7 7 7 7 ⑥ 6 6 ②1 3) 可放入 Cache 0組的主存塊號(hào) : 0 1 4 5 可放入 Cache 1組的主存塊號(hào) : 2 3 6 74) 凡是不命中就是失效 。Cache替換算法及其實(shí)現(xiàn)替換算法及其實(shí)現(xiàn)FIFO、 LRU、
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