計算機體系結(jié)構(gòu)知識點匯總(編輯修改稿)
2025-07-16 07:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 方法沒有任何好處。延遲分支主要思想： 從邏輯上“延長”分支指令的執(zhí)行時間。把延遲分支看成是由原來的分支指令和若干個延遲槽構(gòu)成，不管分支是否成功，都要按順序執(zhí)行延遲槽中的指令。分支延遲指令的調(diào)度任務(wù)：在延遲槽中放入有用的指令。由編譯器完成。能否帶來好處取決于編譯器能否把有用的指令調(diào)度到延遲槽中。三種調(diào)度方法： 從前調(diào)度、從目標(biāo)處調(diào)度、從失敗處調(diào)度178。 MIPS若檢測到RAW沖突，流水線互鎖機制必須在流水線中插入停頓，并使當(dāng)前正處于IF段和ID段的指令不再前進(jìn)。分支指令的條件測試和分支目標(biāo)地址計算在EX段完成，對PC的修改在MEM段完成。一條指令的執(zhí)行過程分為以下5個周期：（IF）IR ← Mem[PC] ?！ C值加4。（假設(shè)每條指令占4個字節(jié)）（ID）譯碼。用IR中的寄存器編號去訪問通用寄存器組，讀出所需的操作數(shù)。（EX）不同指令所進(jìn)行的操作不同：存儲器訪問指令：ALU把所指定的寄存器的內(nèi)容與偏移量相加，形成用于訪存的有效地址。寄存器－寄存器ALU指令：ALU按照操作碼指定的操作對從通用寄存器組中讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。寄存器－立即數(shù)ALU指令：ALU按照操作碼指定的操作對從通用寄存器組中讀取的第一操作數(shù)和立即數(shù)進(jìn)行運算。分支指令：ALU把偏移量與PC值相加，形成轉(zhuǎn)移目標(biāo)的地址。同時，對在前一個周期讀出的操作數(shù)進(jìn)行判斷，確定分支是否成功。4存儲器訪問／分支完成周期（MEM）該周期處理的指令只有l(wèi)oad、store和分支指令。其他類型的指令在此周期不做任何操作。load和store指令load指令：用上一個周期計算出的有效地址從存儲器中讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。store指令：把指定的數(shù)據(jù)寫入這個有效地址所指出的存儲器單元。分支指令 分支“成功”，就把轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送入PC。 分支指令執(zhí)行完成。（WB） ALU運算指令和load指令在這個周期把結(jié)果數(shù)據(jù)寫入通用寄存器組。 ALU運算指令：結(jié)果數(shù)據(jù)來自ALU。 load指令：結(jié)果數(shù)據(jù)來自存儲器系統(tǒng)。相關(guān)：兩條指令之間存在某種依賴關(guān)系。流水線沖突是指對于具體的流水線來說，由于相關(guān)的存在，使得指令流中的下一條指令不能在指定的時鐘周期執(zhí)行。 第四章：向量處理機1. 在流水線處理機中，設(shè)置向量數(shù)據(jù)表示和相應(yīng)的向量指令，稱為向量處理機。（不具有向量數(shù)據(jù)表示和相應(yīng)的向量指令的流水線處理機，稱為標(biāo)量處理機。）2. 處理方式：(水平)處理方式向量計算是按行的方式從左到右橫向地進(jìn)行。組成循環(huán)程序進(jìn)行處理。i數(shù)據(jù)相關(guān)：N次 功能切換：2N次不適合于向量處理機的并行處理。 (垂直)處理方式向量計算是按列的方式從上到下縱向地進(jìn)行。兩條向量指令之間：數(shù)據(jù)相關(guān)：1次 功能切換：1次對處理機結(jié)構(gòu)的要求：存儲器－存儲器結(jié)構(gòu) (分組)處理方式又稱為分組處理方式。把向量分成若干組，組內(nèi)按縱向方式處理，依次處理各組。對處理機結(jié)構(gòu)的要求：寄存器－寄存器結(jié)構(gòu)3. 提高向量處理機性能的方法：1. 設(shè)置多個功能部件，使它們并行工作。2. 采用鏈接技術(shù)，加快一串向量指令的執(zhí)行。3. 采用循環(huán)開采技術(shù)，加快循環(huán)的處理。（分段開采：當(dāng)向量長度大于向量寄存器的長度，將向量分為長度相等的段）4. 采用多處理機系統(tǒng)，進(jìn)一步提高性能。4. 鏈接特征：具有先寫后讀相關(guān)的兩條指令，在不出現(xiàn)功能部件沖突和源向量沖突的情況下，可以把功能部件鏈接起來進(jìn)行流水處理，以達(dá)到加快執(zhí)行的目的。鏈接特性的實質(zhì)：把流水線定向的思想引入到向量執(zhí)行過程的結(jié)果。5. 向量處理機性能的主要參數(shù)：1. 一行向量長度為n指令的執(zhí)行時間Tvp=Ts+Te+(n1)Tc（Ts為向量處理部件建立的時間，Te為流水線的通過時間，Tc為流水線的時鐘周期時間。2. 每秒多少個浮點運算結(jié)果（MFLOP或一個浮點運算的時間）3. 一組向量指令的處理時間4. 向量流水線的最大性能R∞5. 半性能向量長度n1/2第5章 指令級并行這種指令之間存在的潛在并行性稱為指令級并行。指令級并行度ILP：指令中存在的一種并行性，計算機可以并行執(zhí)行兩條及以上的指令。開發(fā)ILP的途徑有兩種：（主要基于硬件的動態(tài)開發(fā)方法） 。（基于軟件的靜態(tài)開發(fā)方法）1. 流水線處理機的實際CPI理想流水線的CPI加上各類停頓的時鐘周期數(shù)： CPI流水線 = CPI理想 + 停頓結(jié)構(gòu)沖突 + 停頓數(shù)據(jù)沖突 + 停頓控制沖突理想CPI是衡量流水線最高性能的一個指標(biāo)。動態(tài)分支預(yù)測：在程序運行時，根據(jù)分支指令過去的表現(xiàn)來預(yù)測其將來的行為。2. 分支歷史表BHT（Branch History Table）或分支預(yù)測緩沖器（Branch Prediciton Buffer）最簡單的動態(tài)分支預(yù)測方法。 用BHT來記錄分支指令最近一
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