計算機體系結構第五章(編輯修改稿)
2025-05-29 03:34 本頁面
【文章內容簡介】 共有 8個算式① S0=a0+b0 ②S1=a 1+b1 … ⑧S7=a 7+b7 畫出各算式在流水線上執(zhí)行過程時空圖 S0 S1S2S3S4 S5S6S7 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)性能計算：吞吐率（ TP）： 單位時間輸出的結果數(shù)。TP=(輸出結果數(shù) )/（完成算式總用時） =8/12=2/3（條 /Δt ）而無流水時： TP=1/5 （條 /Δt ）2）相關算式計算： S=a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7對相關算式要合理分解算式 —— 盡量分解為少相關算式：① S0=a0+a1 ⑤S4=S0+S1② S1=a2+a3 ⑥S5=S2+S3 ③ S2=a4+a5 ⑦S6=S4+S5 ④ S3=a6+a7TP=7/18 （條 /Δt ）效率（ η ）： 即流水線上部件的利用率η= （作用區(qū)域面積） /（完成運算所需時間矩形面積） =（ 7*5 Δt ） /（ 18Δt*5 ） =7/18結論：相關發(fā)生時，對單條流水線而言會降低流水線性能。 右圖所示乘法流水線完成計算 :Mi=ai*bi (i=0~7) （也是不相關式子） 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 :TP=8/13（個 /Δ t） η =（ 8*6Δ t） /（ 13Δ t*6） =8/13按右圖所示乘法流水線完成算式 :M=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=M4*M51Δ t2Δ t4Δ t33Δ t2) 畫出時空圖過程段 M0M1M2M3M4M5M4321① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦① ① ① ② ② ② ③ ③ ③ ④ ④ ④ ⑤ ⑤ ⑤ ⑥ ⑥ ⑥ ⑦ ⑦ ⑦① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦051015202527Δt3）性能 TP=7/27 （個 /Δt ） η= （ 7*6 Δt ） /（ 27Δt*4 ） =7/18167。1 重疊方式重疊方式 重疊方式中所需時間的 表達式推導及計算表達式推導及計算 解決條件轉移的 全局相關全局相關 解決等待結果的 數(shù)相關數(shù)相關167。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 \數(shù)據(jù)類型 \規(guī)模 \功能的多少 \同一時刻送出支路數(shù) 均勻流水線 、非均勻流水線 二、流水線的執(zhí)行過程及性能評價二、流水線的執(zhí)行過程及性能評價 均勻流水線 :不相關算式 \相關算式 時間匹配的非均勻流水線 :不相關算式 時間不匹配的非均勻流水線 :相關算式三、向量處理機與向量流水處理三、向量處理機與向量流水處理 1. 向量處理機向量處理機◆ 向量處理機： 具有向量數(shù)據(jù)表示及指令的流水線處理機。 運算速度 常用每秒取得多少個 浮點運算結果 表示機器速度 ,以MFLOPS (Million of Floating Point Per Second)作為測量單位。 ◆ 標量處理機 : 不具有向量數(shù)據(jù)表示和向量指令的處理機。 運算速度 通常用每秒執(zhí)行多少指令表示機器速度， 以 MIPS (Million Instructions Per Second)作為測量單位。 2. 向量的處理方式 計算： fi=ai*bi+ci （ i=0~99） 設各向量元素分別放在大寫字母單元中 :1）橫向（水平）處理按照算式一個一個地進行計算，即按行計算 第 1步計算： f0=a0*b0+c0LDR,A0MULR,B0ADDR,C0STR,F0 第 2步計算： f1=a1*b1+c1即將第一步中的腳標 0改為 1，同樣用上述四條指令。……直到第 100步計算 f99優(yōu)點： 作為工作單元的通用寄存器少（本例僅用一個 R） 缺點： 條條指令發(fā)生相關。2）縱向（垂直）處理將所有算式列出后，按列進行計算。如對 f0~f99可分為 4大步完成。第 1大步： 取向量LDR0,A0：LDR99,A99第 2大步： 向量乘MULR0,B0：MULR99,B99 第 3大步： 向量加ADDR0,C0：ADDR99,C99LDR,A0MULR,B0ADDR,C0STR,F0第 4大步： 送結果STR0,F0：STR99,F99優(yōu)點： 解決了相關問題，將原來條條發(fā)生相關改為條條不相關。缺點： 在向量數(shù)據(jù)較多時，所用的寄存器數(shù)目多。如本例共用了一百個寄存器（ R0~R99），因而在向量數(shù)據(jù)不多時，可用 縱向處理 ，而向量數(shù)據(jù)較多時，可用 縱橫處理 。第五章第 1組 ，第 2組， …… 第 10組。組內采用縱向處理，組間采用橫向處理 。如第 1組： 取向量 LDR0,A0
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