計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第五章-文庫吧資料
2025-05-08 03:34本頁面
【正文】 ⑦ 倒數(shù) ： 此外，在功能部件和向量寄存器組之間相互傳送也用1τ 。R9） 1) CRAY1簡介 ◆ 美國 CRAY公司 ◆ 1976年 ◆ 每秒億次浮點(diǎn)運(yùn)算 ◆ 主頻： 80MHz ◆ 字長： 64位3）向量寄存器組結(jié)構(gòu) 共有 8個 向量寄存器組（ V0～V7）， 每個組 可存放 64個長度為 64位 的 二進(jìn)制數(shù)的向量數(shù)據(jù) 。,F0R0STC9 送結(jié)果R9ADD：,B9基本思想： 將所有向量算式分為若干組，如f0~R9MUL：B0R0MULA9 向量乘R9A0R0組內(nèi)采用縱向處理，組間采用橫向處理 。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 。F99優(yōu)點(diǎn)： 解決了相關(guān)問題，將原來條條發(fā)生相關(guān)改為條條不相關(guān)。R99ST：,C0STR,A0MULRC99LDR99ADDC0R0ADD,：B0R0MULA99R99,LD第 1大步： 取向量f99可分為 4大步完成。將所有算式列出后，按列進(jìn)行計算。2）縱向（垂直）處理F0 第 2步計算： f1=a1*b1+c1R,ADDB0R, 運(yùn)算速度 通常用每秒執(zhí)行多少指令表示機(jī)器速度， 以 MIPS (Million Instructions Per Second)作為測量單位。 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(guān)算式 \相關(guān)算式 時間匹配的非均勻流水線 :不相關(guān)算式 時間不匹配的非均勻流水線 :相關(guān)算式三、向量處理機(jī)與向量流水處理三、向量處理機(jī)與向量流水處理 1. 向量處理機(jī)向量處理機(jī)◆ 向量處理機(jī)： 具有向量數(shù)據(jù)表示及指令的流水線處理機(jī)。3）性能 TP=7/27 （個 /Δt ） η= （ 7*6 Δt ） /（ 27Δt*4 ） =7/18167。201524M2M1M=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(jìn)=M4*M51Δ t2Δ t4Δ t33Δ t） /（ 13Δ t*6） =8/13按右圖所示乘法流水線完成算式 :/Δ t） η =（ 8*6TP=8/13 右圖所示乘法流水線完成計算 :Mi=ai*bi (i=0~7) （也是不相關(guān)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 : 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(jié)果數(shù)。 S7S2S1 S0 時－空圖中，橫坐標(biāo)代表時間，縱坐標(biāo)代表流水線的各個段。 ② 陣列流水線：在同一時刻，部件可同時向多個地方傳送結(jié)果。 動畫演示5）按部件在同一時刻送出支路數(shù)的多少來分。 例： TI ASC運(yùn)算器 靜態(tài)流水線：各過程段之間可重新連接，但不同時刻只能重構(gòu)成一種不同的流水線。規(guī)模較大 ③ 宏流水線：以程序的邏輯功能段為單位進(jìn)行流水處理。（向量很適合流水處理）3）按流水線的規(guī)模① 操作流水線：如將一條指令劃分為多個過程段進(jìn)行流水處理。 1Δt2Δt4Δt32Δt3212）按處理的數(shù)據(jù)類型① 標(biāo)量流水線：用于對標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。如第 3個過程段用時 2Δt ，其余 1， 2， 4用時均為 Δt ：（非均勻流水線） 4 流水線的分類1）按各過程段用時是否全等劃分① 均勻流水線：各過程段用時全等② 非均勻流水線：各過程段用時不全等（如上圖） Ⅰ ）時間匹配的非均勻流水線。 1）將一條指令分為以 Δt 為單位的多個 Δt 過程段。ii+1 執(zhí)取 譯等待執(zhí)行時間第五章2 產(chǎn)生等待的原因 重迭方式未按時間單位來劃分過程段，比較粗糙。 執(zhí)譯 執(zhí)取 譯 兩種方案一、流水方式的出現(xiàn)1 重疊方式的兩種等待1）等待譯碼 當(dāng) ti譯 ＞ ti+1取 時，即：2）等待執(zhí)行 ti執(zhí) ＞ ti+1譯 時，即：i+1i等待譯碼時間取 譯 執(zhí)取 2流水技術(shù)流水技術(shù)◆ 2）相關(guān)專用通路法 當(dāng)上一條的運(yùn)算結(jié)果需作下一條的源操作數(shù)時，如： LD R， A ADD R， B SUB R， C 可建一個相關(guān)專用比常規(guī)通路提前 1τ 獲取源操作數(shù)。）5 解決等待結(jié)果的數(shù)相關(guān)1）推遲法：包括推遲譯碼分析，推遲執(zhí)行。4）增加指令站容量 （ P6體系中稱為指令池 —— 重排序緩沖器，是一個按內(nèi)容尋址的存儲器陣列。 如 計算 A=B﹡C if A＜ 0 GoTo n 在進(jìn)行 B﹡C 之前，可先對 SB⊕S C=？進(jìn)行判斷，決定流向。 ② 按不成功支路猜測：做法與 ① 正好相反。 3 解決指令相關(guān)1）盡可能避免指令相關(guān) ,② 全局相關(guān)：相關(guān)發(fā)生時影響面很大 —— 全局。CS 2）按影響面大小分① 局部相關(guān)：相關(guān)發(fā)生時只能影響鄰近幾條指令的執(zhí)行，這種相關(guān)影響面不大。 如： S=a/b+c LD R , A DIV R , B ADD R , C ；要等 DIV結(jié)果 ST R , S ；存結(jié)果二、相關(guān)問題1 何謂相關(guān)：在重疊方式的指令執(zhí)行過程中，由于發(fā)生了某種關(guān)聯(lián)，使正在被解釋的指令無法再繼續(xù)下去的現(xiàn)象，稱相關(guān)。包括：① 后行數(shù)地址站，提供后行數(shù)存放地址。譯碼并保留譯碼輸出狀態(tài)。Ⅴ ） 先行操作碼譯碼站，用來完成對多條指令的以及先行操作數(shù)地址；Ⅲ ） 先行操作數(shù)站 ， 用來存放多個操作數(shù)； Ⅳ ） 先行地址形成部件，用來形成先行指令地址Ⅱ ） 先行指令站，用來存放多條指令；Ⅰ ）先行地址站，包括先行指令地址站和先行操作數(shù)地址站；② ③ 當(dāng)存儲器為單體結(jié)構(gòu)時，需要將訪問源排隊，先后順序為： 取指令、取數(shù)據(jù)、 I/O通道訪問、存結(jié)果2）應(yīng)具有先行控制部件① max + (t執(zhí) , t譯 )max+ t執(zhí)3) 例子 當(dāng) k=200， t取 =3Δt ， t譯 =4Δt ， t執(zhí) =5Δt ，時，分別計算上述三種執(zhí)行方式的時間。 執(zhí)行 K條指令，分別采用順序執(zhí)行、兩條重疊、 三條重疊。 重疊解釋并不能加快一條指令的實現(xiàn)，但能加快一段程序的解釋。 i 條 取 譯 執(zhí)取 譯 執(zhí) i 取 2) 僅兩條指令重疊： 第 i條指令的執(zhí)行與第 i+1條的取指重疊。重疊、流水和向量處理機(jī)重疊、流水和向量處理機(jī)167。第五章第五章 04…2224M037…M3…M12c）存儲器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址08…2238M0715…M7…M82個存儲體 8路交叉。a)地址構(gòu)成：存儲器地址寄存器 (24位 )b）帶寬為 0。 …M15體 0 體 3字地址… …22213*22222
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