【正文】 條微指令地址就分別為 0100、 010 010111，末兩位就是 I1I0的值。 Z按同樣的辦法分配，后繼微地址選擇 10 1011。 工作之二 后繼地址分配 66 后繼地址分配舉例 余下的微指令地址沒有約束條件，可以任意分配。但 一般按微程序流程從小到大，把控制存儲器中沒有分配的微地址分配給不同的微指令 ，就得到全部微指令地址。 請注意區(qū)分微指令自己的微地址和它所指向的下一條微指令的微地址！ 67 微地址（ 自己的 ） 微指令 操作控制字段 順序控制字段 二進制 十進制 微命令 測試判斷 下地址 0000 0 A 00 0001 0001 1 B 00 0010 0010 2 C 01 0100 0011 3 E 10 1010 0100 4 D 00 0011 0101 5 H 00 1000 0110 6 L 00 1001 0111 7 P 00 1001 1000 8 I 00 1011 1001 9 M 00 1110 1010 10 F 00 1100 1011 11 J 00 1101 1100 12 G 00 0000 1101 13 K 00 0000 1110 14 N 00 1111 1111 15 O 00 0000 68 設(shè)計舉例（三） 例 某機有 8條微指令 I1— I8，每條微指令所含的微命令控制信號如下表所示。 a— j分別代表 10種不同性質(zhì)的微命令信號，假設(shè)一條微指令的操作控制字段為 8位，請安排微命令的操作控制字段格式，并將全部微指令代碼化。 微 指令 微命令信號 a b c d e f g h i j I1 √ √ √ √ √ I2 √ √ √ √ I3 √ √ I4 √ I5 √ √ √ √ I6 √ √ √ I7 √ √ √ I8 √ √ √ 69 微操作命令設(shè)計 解：題中有 10不同性質(zhì)的微命令，但微指令的操作控制字段只有 8位，不能采用直接控制法。又因為微指令中有多個微命令是兼容的 (a— e等 )，需同時產(chǎn)生 ，所以也不能用最短編碼法。 選用字段編碼和直接控制相結(jié)合的方法比較合適。將互斥的微命令安排在同一小段， b、 i、 j互斥，安排在同一小段內(nèi)， e、 f、 h也互斥，也安排在一個小段內(nèi)；其它微命令（ a、 c、 d、 g）因為相容，作為直接控制微命令。于是形成如下微指令控制字段格式 . 小段 1 小段 2 譯碼輸出 微命令 譯碼輸出 微命令 00 無 00 無 01 b 01 e 10 i 10 f 11 j 11 h 70 微操作命令設(shè)計（續(xù)） 將 8條微指令代碼化可以得到： ? I1: 11100101—— a c d g b e ? I2: 10110010—— a c d g f ? I3: 00000111—— a c d g b h ? I4: 01000000—— a c d g ? I5: 01011001—— a c d g i e ? I6: 10001111—— a c d g j h ? I7: 01100011—— a c d g h ? I8: 10000111—— a c d g b h 工作之三 微操作命令設(shè)計 71 八、流水 CPU 計算機誕生到現(xiàn)在，人們追求的目標之一是高速度，因此，并行處理技術(shù)便成為計算機發(fā)展的主流技術(shù)。并行性概括起來主要有三種形式：時間并行、空間并行、時間并行 +空間并行。 ? 時間并行：它是指 時間重疊 ，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。 時間并行性概念的實現(xiàn)方式就是采用流水處理部件。這是一種非常經(jīng)濟實用的并行技術(shù)，能保證計算機具有較高的性能價格比。目前的高性能微型機幾乎無一例外地使用了流水技術(shù)。 ? 空間并行性：它是指 資源重復(fù) ，以 “ 數(shù)量取勝 ” 為原則來大幅度提高計算機的處理速度。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展為空間并行帶來了巨大的生機，也成為目前實現(xiàn)并行處理的一個主要途徑。 ? 時間并行 +空間并行：它是指 時間重疊和資源重復(fù) 的綜合應(yīng)用，既采用時間并行又采用空間并行。例如，奔騰 CPU采用了超標量流水技術(shù)，在一個機器周期中同時執(zhí)行兩條指令，因而既具有時間并行性，又具有空間并行性。這種并行技術(shù)帶來的高效益是最好的。 72 流水計算機的組成 ? 圖 31給出了現(xiàn)代計算機的系統(tǒng)組成原理示意圖。其中， CPU按流水線方式組織，通常由三大部分組成：指令部件、指令隊列、執(zhí)行部件，并組成一個三級流水線，其中每個子部件又構(gòu)成一個流水線。 ? 當(dāng)執(zhí)行部件在執(zhí)行第 I條指令時，指令隊列中存放著第 I+I+ … 、 I+k條指令，與此同時，指令部件正在取第 I+k+1條指令。 73 流水 CPU的時空圖 ? 為了實現(xiàn)流水，把輸入的任務(wù)分割成一系列子任務(wù)，并使各子任務(wù)能在流水線的各個階段并發(fā)地執(zhí)行。當(dāng)任務(wù)連續(xù)不斷地輸入流水線時，在流水線的輸出端便連續(xù)不斷地吐出執(zhí)行結(jié)果，從而實現(xiàn)子任務(wù)的并行性。 ? 下圖表示流水 CPU中一個指令周期的任務(wù)分解。 ? 這個指令周期中包含四個子過程：取指令（ IF）、指令譯碼（ ID）、執(zhí)行運算（ EX）、結(jié)果寫回（ WB），每個過程稱為過程段（ Si），這樣，一個流水線由一系列的串聯(lián)的過程段組成。在統(tǒng)一的時鐘信號控制下，數(shù)據(jù)從一個過程段流向相鄰的過程段。 74 流水線與非流水線比較 直觀比較后發(fā)現(xiàn)，流水計算機在 8個時間單位內(nèi)執(zhí)行了 5條指令，而非流水計算機在 8個時間單位內(nèi)只執(zhí)行了 2條指令。顯然，流水技術(shù)的應(yīng)用，使計算機的速度大大提高了。 75 標量流水線和超標量流水線的概念 從數(shù)學(xué)的角度講，標量是指單個量，而向量是指一組標量。一般計算機只有一條指令流水線。所以稱為 標量流水線 。具有兩條以上的指令流水線，則稱為 超標量流水線 。 76 流水線的分類 ? 指令流水線：是指令步驟的并行。將指令的處理過程劃分為取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行、寫回等幾個并行處理的過程段。目前，高性能計算機都采用了指令流水線。 ? 算術(shù)流水線：指運算操作步驟的并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等。 ? 處理機流水線：又叫宏流水，是指程序步驟的并行。由一串級聯(lián)的處理機組成流水線的各個過程段，每臺處理機負責(zé)某一特定的任務(wù)。數(shù)據(jù)從一臺處理機輸入，經(jīng)處理后送入與第二臺計算機相連的存儲器中。第二臺處理機從該存儲器取出數(shù)據(jù)進行處理，然后傳送給第三臺處理機，如此串聯(lián)下去。處理機流水線應(yīng)用在多機系統(tǒng)中。 77 流水線中的主要問題 要使流水線具有良好的性能，必須使流水線暢通流動，不發(fā)生斷流。但是，實現(xiàn)流水線的不斷流是困難的。因為存在以下三種相關(guān)沖突。 ? 資源相關(guān)：指多條指令進入流水線后，在同一機器周期內(nèi)爭用同一個功能部件。例如，如果指令和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中，且只有一個端口時，正在執(zhí)行的兩條指令都需要訪問存儲器，就會發(fā)生資源相關(guān)沖突。 ? 數(shù)據(jù)相關(guān)：在一個程序中，后一條指令的執(zhí)行，必須等待前一條指令的執(zhí)行結(jié)果，兩條指令就會發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。在流水計算機中，指令的執(zhí)行是重疊進行的，前一條指令還沒有結(jié)束，第二、三條指令就陸續(xù)開始工作。當(dāng)后繼指令需要的操作數(shù)剛好是前一條指令的運算結(jié)果，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。 ? 控制相關(guān)：當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，轉(zhuǎn)移條件是由前一條指令建立的，轉(zhuǎn)移的執(zhí)行可能是順序取下條指令，也可能是轉(zhuǎn)移到新的目標地址取指令，由此而引起流水線斷流。 ? 為了解決上述沖突，應(yīng)采取各種措施：比如，為了解決資源相關(guān)沖突，可以增加一個存儲器，把指令和數(shù)據(jù)分開存放；為了解決數(shù)據(jù)相關(guān)沖突，可以在CPU內(nèi)部增設(shè)若干結(jié)果緩沖寄存器，臨時保留運算結(jié)果，給后繼指令使用；為了解決控制相關(guān)沖突，可以設(shè)置 “ 轉(zhuǎn)移取 ” 和 “ 順序取 ” 兩路指令預(yù)取隊列。