計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第八講)-展示頁
2025-01-28 01:11本頁面
【正文】 X） ? 兩個 Cache： （ 1）、指令 Cache （ 2）、數(shù)據(jù) Cache ? 采用順序發(fā)射亂序完成的方式控制指令流水線 ? 圖 ： Alpha 21064處理機的指令流水線結(jié)構(gòu) ? 三條指令流水線： （ 1）、整數(shù)操作流水線（ 7級） （ 2）、訪問存儲器流水線（ 7級） （ 3）、浮點操作流水線（ 10級） ? 每個指令流水線的前四個流水級（ IF、 SWAP、 I0、I1）采用靜態(tài)流水線 ? 每個指令流水線的后 3～ 6個流水級采用動態(tài)流水線 ? Alpha 21064處理機：每個時鐘周期能夠發(fā)射兩條指令；三條指令流水線的平均級數(shù)為 8級；屬于超標(biāo)量超流水線處理機 超標(biāo)量超流水線處理機性能 ? 在一臺指令級并行度為 (m,n)的超標(biāo)量超流水線處理機上，連續(xù)執(zhí)行 N條沒有資源沖突，沒有數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)的指令所需要的時間為： T(m,n)=[k+(Nm)/(m*n)]*△ t m：每個時鐘周期同時發(fā)射指令的條數(shù) n：每個時鐘周期分時發(fā)射的指令的條數(shù) k：指令流水線的時鐘周期 N：需要連續(xù)執(zhí)行的指令的條數(shù) ? 加速比： S(m,n)=T(1,1)/T(m,n)=[m*n*(k+N1)]/[m*n*k+Nm] ? S(m,n)max=m*n ? 圖 ：三種指令級并行處理機的相對性能 ? 橫坐標(biāo)：處理機的設(shè)計指令級并行度（ m*n） ? 縱坐標(biāo)：處理機能夠達到的實際指令級并行度 ? 結(jié)論： （ 1）、超標(biāo)量處理機相對性能最高，其次是超標(biāo)量超流水線處理機，超流水線處理機的相對性能最低； （ 2）、一般認為 m和 n都不要超過 4； （ 3）、一個特定程序由于受到本身的數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)的限制，它的指令級并行度的最大值是確定的，這個最大值主要由程序自身的語義來決定，與這個程序運行在那一種處理機上無關(guān)。 本章總結(jié) ?先行控制技術(shù) ?流水線處理機 ?超標(biāo)量處理機、超流水線處理機、超標(biāo)量超流水線處理機 先行控制技術(shù) ?緩沖技術(shù)：在工作速度不固定的兩個功能部件之間設(shè)置緩沖棧，用以平滑它們的工作（設(shè)置四個緩沖棧） ?預(yù)處理技術(shù)：把進入運算器的指令都處理成寄存器 寄存器型（ RR型）指令，它與緩沖技術(shù)相結(jié)合，為進入運算器的指令準(zhǔn)備好所需要的全部操作數(shù) 先行控制技術(shù) 緩沖技術(shù) ?圖 （ p256） ?先行緩沖棧（先行控制器） （ 1）、先行指令緩沖棧 （ 2）、先行讀數(shù)棧 （ 3）、先行操作棧 （ 4）、后行寫數(shù)棧 ?緩沖深度（靜態(tài)分析方法） 先行控制技術(shù) 數(shù)據(jù)相關(guān) ?包括指令相關(guān)、主存操作數(shù)相關(guān)、通用寄存器相關(guān)、變址相關(guān) ?解決數(shù)據(jù)相關(guān)的方法： （ 1）、推后分析法 （ 2）、設(shè)置專用路徑 先行控制技術(shù) 控制相關(guān)（ 1） ?無條件轉(zhuǎn)移指令、一般條件轉(zhuǎn)移指令、復(fù)合條件轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令、中斷指令 ? “ 吸收型 ” 指令（無條件轉(zhuǎn)移指令、一般條件轉(zhuǎn)移指令）：在指令分析器就執(zhí)行完成，不需要送入先行操作棧和指令執(zhí)行部件 先行控制技術(shù) 控制相關(guān)（ 2） 轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù) ?在采用先行控制方式的處理機中，采用的技術(shù)： （ 1）、軟件 “ 猜測法 ” （ 2）、硬件 “ 猜測法 ” （ 3）、兩個先行指令緩沖棧 先行控制技術(shù) 控制相關(guān)（ 3） 短循環(huán)程序的處理 ?兩種方法： （ 1）、在指令系統(tǒng)中設(shè)置專門的短循環(huán)程序的開
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