計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)學(xué)科發(fā)展簡介-文庫吧資料
2024-10-25 10:52本頁面
【正文】 ：流水線是一種多條指令重疊執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)技術(shù) 流水時鐘數(shù)指令序列1 2 3 4 5 6 7 8 9指令 i IF ID EX M E M WB指令 i + 1 IF ID EX M E M WB指令 i + 2 IF ID EX M E M WB指令 i + 3 IF ID EX M E M WB指令 i + 4 IF ID EX M E M WB流水線的競爭 ?實(shí)際流水線不可能像上述理想流水線那樣完美 ?存在三種流水線競爭 ? 結(jié)構(gòu)競爭 ：由硬件資源不足造成流水線停頓 ? 數(shù)據(jù)競爭 ：由前后指令之間存在數(shù)據(jù)相關(guān)性造成流水線停頓 ? 控制競爭 ：由轉(zhuǎn)移指令造成流水線停頓 實(shí)際流水線的性能 ?實(shí)際流水線的 CPI=理想流水線的 CPI + 結(jié)構(gòu)競爭造成的停頓周期 + 數(shù)據(jù)競爭造成的停頓周期 + 控制競爭造成的停頓周期 ?要提高 CPU的性能就是要消除或減少三種競爭造成的停頓周期 流水線競爭的解決 ?結(jié)構(gòu)競爭可以通過增加硬件資源來解決 ?數(shù)據(jù)競爭和控制競爭只有通過挖掘代碼指令之間的平行性，即通過開發(fā)和發(fā)現(xiàn)指令之間存在的可并行（重疊）執(zhí)行的可能性，然后對指令執(zhí)行順序進(jìn)行調(diào)度，即用不相關(guān)的指令來填補(bǔ)本來應(yīng)該停頓周期的方法，達(dá)到消除或減少停頓周期，提高指令執(zhí)行速度 3．指令級并行性 (ILP)開發(fā)技術(shù) ?ILP開發(fā)技術(shù)分兩大類： ?基于硬件的 ILP開發(fā)技術(shù)，又稱動態(tài)開發(fā) ILP技術(shù) ?基于軟件的 ILP開發(fā)技術(shù)，又稱靜態(tài)開發(fā) ILP技術(shù) 用于解決數(shù)據(jù)競爭的 ILP開發(fā)技術(shù) ?靜態(tài)調(diào)度技術(shù) ?動態(tài)調(diào)度技術(shù) ?采用改名技術(shù)的動態(tài)調(diào)度技術(shù) ?編譯分析數(shù)據(jù)相關(guān)性 ?軟件流水線 ?路經(jīng)調(diào)度 用于解決控制相關(guān)性的 ILP開發(fā)技術(shù) ?靜態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù) ?動態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù) ?靜態(tài)投機(jī)技術(shù) ?動態(tài)投機(jī)技術(shù) ?循環(huán)體展開技術(shù) ?延時轉(zhuǎn)移技術(shù) 三、指令多發(fā)射技術(shù) 1． 指令多發(fā)射技術(shù)概述 ?從 CPUtime = IC CPI CC公式出發(fā)，進(jìn)一步提高 CPU性能的途徑是令 CPI1 ?要達(dá)到 CPI1的目的，必須做到每個時鐘周期發(fā)射多條指令，有多個處理部件和足夠的硬件資源來并行處理多條指令，達(dá)到平均每條指令的處理時間小于 1個時鐘周期 ?指令多發(fā)射處理器有兩類： ?超標(biāo)量處理器 （ Superscalar processors） ? 超長指令字處理器 （ VLIW— very long instruction word） ?根據(jù)指令發(fā)射機(jī)制 ， 即調(diào)度 、 組織可同時發(fā)射指令的機(jī)制 ， 也可分為兩類： ?動態(tài)多發(fā)射機(jī)制 ， 即由硬件在程序執(zhí)行過程中調(diào)度 ?靜態(tài)多發(fā)射機(jī)制，即由編譯器在程序編譯過程中調(diào)度 2．超標(biāo)量處理器 ? 超標(biāo)量處理器流水線操作 超標(biāo)量處理器的特點(diǎn) ? 在一個周期里能發(fā)射 可變 數(shù)量的指令，通常為1～ 8條指令 /周期 ? 同時發(fā)射的指令 按規(guī)定搭配 ，不能自由搭配，即有限制：如同時發(fā)射的指令必須是獨(dú)立的，即無數(shù)據(jù)競爭，以及滿足訪存次數(shù)規(guī)定等等。 4， p10 計算機(jī)設(shè)計技術(shù)人員的任務(wù) ?明確具體的功能要求，因?yàn)閬碜允袌龅墓δ芤笸遣幻鞔_的 ?明確最主要的任務(wù)是什么，最主要的功能往往是使用最頻繁的部件，做好了最主要部件的設(shè)計對提高性能影響最大。 ?用定量方法進(jìn)行計算機(jī)設(shè)計 ?用定量方法作為工具分析程序?qū)嶋H運(yùn)行結(jié)果、各類實(shí)驗(yàn)和仿真 ?用定量方法尋找計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的新思路、新技術(shù)，保證計算機(jī)性能繼續(xù)按現(xiàn)在速率提高 計算機(jī)的分類 ? 傳統(tǒng)的計算機(jī)分類： ? 大型機(jī)、小型機(jī)、巨型機(jī)（或稱超級計算機(jī)） ? 按機(jī)器規(guī)模指令（字長，內(nèi)外存儲器容量，速度等指標(biāo)），價格等指標(biāo)進(jìn)行分類（ PC）機(jī)、工作站，服務(wù)器 ? 1980年代產(chǎn)生了新的機(jī)型： ? 個人（ PC）機(jī)、工作站、服務(wù)器 ? 主要按用途來分類 ? 1990年
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