[經(jīng)濟(jì)學(xué)]第二章中央處理器與指令系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-02-15 16:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)指令序列來畫 下午 4時 35分 19/60 1. 資源相關(guān)（結(jié)構(gòu)相關(guān)） : – 流水執(zhí)行的多條指令 同時使用同一個部件； – 由于硬件資源不夠造成的，與硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)。 2. 數(shù)據(jù)相關(guān) :流水線中指令之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān) – 流水執(zhí)行的 多條指令訪問 相同 的數(shù)據(jù) ，使得相關(guān)的指令不能并行地執(zhí)行； – RAW(寫后讀 )、 WAR(讀后寫 )、 WAW(寫后寫 )。 3. 控制相關(guān) – 轉(zhuǎn)移指令引起的相關(guān) – 在指令執(zhí)行完成之前，無法確定那一條指令是后繼指令，使得后繼指令不能進(jìn)入流水線。 指令流水線的相關(guān)性 下午 4時 35分 20/60 Wb Wb Wb Wb Ex Ex 1 Ex 1 Ex ID ID ID ID IF IF IF IF 流水周期 流水周期 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 ( b) 當(dāng)執(zhí)行部件可流水，無資源相關(guān) ( a) 當(dāng)執(zhí)行部件不可流水，資源相關(guān) 2 1 1 addd $4,$ 5,$6 addd $4,$ 5,$6 addd $1,$ 2,$3 addd $1,$ 2 ,$3 Ex 2 Ex 2 Addd: 雙精度加法指令 F2: 浮點(diǎn)數(shù)寄存器 指令流水線的資源相關(guān) 下午 4時 35分 21/60 寫后讀（ RAW） W W M M Ex Ex Id Id IF IF 流水周期 6 5 4 3 2 1 an d $1 2, $2 ,$ 5 sub $ 2, $1 ,$ 3 指令流水線的資源相關(guān) 下午 4時 35分 22/60 停頓 （硬件措施） 編譯檢測 （軟件措施） 相關(guān)專用通路 （硬件措施） 消除數(shù)據(jù)相關(guān)影響的方法 下午 4時 35分 23/60 ? 流水線的停頓： 停頓 N個節(jié)拍 W W M M Ex Ex Id Id IF IF 流水周期 6 5 4 3 2 1 an d $4 ,$ 2, $5 lw $ 2, 20 ($1 ) 解決數(shù)據(jù)相關(guān)性的方法 下午 4時 35分 24/60 編譯檢測： 加入空操作（ NOP） W W W W M M M M Ex Ex Ex Ex Id Id Id Id IF IF IF IF 流水周期 6 5 4 3 2 1 an d $1 2, $2 ,$ 5 nop nop sub $ 2, $1 ,$ 3 解決數(shù)據(jù)相關(guān)性的方法 下午 4時 35分 25/60 相關(guān)專用通道 – 在 ALU的輸出端到它的輸入端之間 設(shè)置一條數(shù)據(jù)線路 ，使得 RAW相關(guān)時， 上一條指令的結(jié)果能直接送到ALU的輸入端 。 – 使得 下一條指令能夠及時得到上一條指令的結(jié)果 ， 而不用到寄存器中去讀取 ，從而 避免了流水線的停頓。 WWWWMMMMExExExExIdIdIdIdIFIFIFIF流水周期87654321ad d $ 9,$ 4,$ 2or $4 ,$4 ,$2an d $ 4,$ 2,$ 5sub $2 ,$1 ,$3解決數(shù)據(jù)相關(guān)性的方法 下午 4時 35分 26/60 ? 流水線分為 IF、 ID、 EX、 MEM、 WB五個等長的時間階段 ? 轉(zhuǎn)移指令在第二個階段被識別 – 從而可確定如何取下一條指令 ? 沒有相關(guān)專用通路 ? 一個時鐘周期內(nèi)只能啟動執(zhí)行一條指令 ? 一個時鐘周期內(nèi)只能寫回一條指令 ? 讀操作數(shù)從指令譯碼時開始 – 讀到為止 典型指令流水線的特點(diǎn) 下午 4時 35分 27/60 ? 指令格式和指令編碼 ? 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式 ? 指令系統(tǒng)分類 指令系統(tǒng) 下午 4時 35分 28/60 指令格式 instruction format 操作碼 [，地址碼 ][,條件碼 ][,下一條指令的地址 ] 一、操作碼 opcode 固定長度操作碼 ：便于譯碼，擴(kuò)展性差 可變長度操作碼 ：能縮短指令平均長度 二、地址碼 addressing code 零地址 指令，如 NOP, CLR 一地址 指令，如 INC R1 二地址 指令，如 ADD R1, R2 三地址 指令，如 ADD R1, R2, R3 指令格式和指令編碼 下午 4時 35分 29/60 三、指令長度 固定長度 ：取指快、譯碼簡單。 單字長、雙字長、多字長 可變長度 ：可提高編碼效率 四、指令助記符 助記符 mnemonics – 如 add R1 偽指令
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