計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第五章-在線瀏覽
2025-06-19 03:34本頁面
【正文】 地址是按順序連續(xù)編排的。示意圖如下：4） 容錯(cuò)04…28存儲(chǔ)器地址寄存器 (6位 )M015…29M126…30M237…31M33236…60M43337…61M53438…62M63539…63M7體 0 體 1體地址字地址模塊地址對(duì) 8個(gè)存儲(chǔ)模塊，將它們分為 4個(gè)存儲(chǔ)器，體內(nèi)采用 2路低位交叉存取。 習(xí)題 ：每個(gè)模塊的容量為 1M字節(jié)，機(jī)器按字節(jié)尋址。設(shè)計(jì) 2：用 2個(gè)存儲(chǔ)體 8路交叉。（ a） 確定上述存儲(chǔ)器組織的地址構(gòu)成。設(shè)計(jì) 1： a)地址構(gòu)成：存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )b）帶寬為 0。2個(gè)存儲(chǔ)體 8路交叉。存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址08…2238M0715…M7…M804…2224M037…M3…M121個(gè)存儲(chǔ)體 16路交叉。…20位 4位數(shù)據(jù)024…22416存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )M0124+1…22415M1241251…2241M15……設(shè)計(jì) 2： a)地址構(gòu)成： 存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )b）帶寬為 50%?！璏15體 0 體 1字地址存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址… …22312232248223+72241…存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址a)地址構(gòu)成： 存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )b）帶寬為 75%?！璏15體 0 體 3字地址… …22213*22222443*222+32241…存儲(chǔ)器地址寄存器 (24位 )體地址 模塊地址…多體交叉存儲(chǔ)器的兩種組織方式(1)低位交叉方式 （體內(nèi)斷續(xù)，體間連續(xù)）(2)高位交叉方式 （體內(nèi)連續(xù)，體間斷續(xù)）1重疊方式重疊方式一、重疊解釋方式 1）取指令：根據(jù) PC（指令計(jì)數(shù)器）從 M（存儲(chǔ)器）取出指令送到 IR（指令寄存器） 2）譯碼分析：譯出指令的操作性質(zhì)，準(zhǔn)備好所需數(shù)據(jù) 3）執(zhí)行：將準(zhǔn)備好的數(shù)按譯出性質(zhì)進(jìn)行處理，主要涉及 ALU（算術(shù)邏輯運(yùn)算部件） 第五章1）順序執(zhí)行 (傳統(tǒng)機(jī)采用 ) 只有在前一條指令的各過程段全部完成后，才從存儲(chǔ)器取出下一條指令。3) 三條指令重疊第 i條指令的執(zhí)行與第 i+1條的譯碼及第 i+2條的取指重疊。譯 執(zhí) 取 譯 執(zhí) i條 +1條i+1條i條 取 譯 執(zhí)i+1條 取 譯 執(zhí)i+2 條 取 譯 執(zhí) 若指令的過程段劃分更多時(shí)，重疊組合方式更多。3. 重疊方式中所需時(shí)間表達(dá)式及所需時(shí)間計(jì)算重疊方式中所需時(shí)間表達(dá)式及所需時(shí)間計(jì)算1）條件：設(shè)一條指令分為三個(gè)過程段，各過程段分別用 t取 、 t譯 、 t執(zhí) 表示。2）分別列出上述三種執(zhí)行方式所需時(shí)間表達(dá)式順序執(zhí)行 k*（ t取 +t譯 +t執(zhí) ）兩條重疊 t取 + k* t譯 +(k1) *( t取 ,t執(zhí) )max+ t執(zhí)三條重疊 t取 +(t譯 ,t取 )max+(k2)*(t取 ,t譯 ,t執(zhí) ) 順序執(zhí)行： 200(3+4+5)=2400Δt 兩條重疊： 3+2004+(2001)5+5=1803Δt 三條重疊： 3+4+(2002)5+5+5=1007Δt1）對(duì)存儲(chǔ)器的頻繁訪問① 有哪些訪問： 取指令、取操作數(shù)、存放執(zhí)行結(jié)果 , I/O通道訪問 .② 希望存儲(chǔ)器為多體結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)多種訪問源的需要。先行：在重疊操作中，當(dāng)前一條指令在執(zhí)行過程中就需要提前取出后面的指令進(jìn)行相應(yīng)處理，這種提前取出后繼指令進(jìn)行相應(yīng)處理，稱為 先行 。先行控制部件主要包括3）也應(yīng)具有后行部件 后行部件：對(duì)指令執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行處理的器件，稱 后行部件。② 后行數(shù)站，存放運(yùn)行的結(jié)果，并且，這些結(jié)果需送存 儲(chǔ)器。2 相關(guān)類型1）從性質(zhì)上分① 指令相關(guān)：重新修改了正在被解釋的指令② 數(shù)相關(guān)：因等待前面指令執(zhí)行的結(jié)果，使后面指令等待而不能連續(xù)解釋。ABabcs如等待結(jié)果的數(shù)相關(guān)。如條件轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)條件具備時(shí)，就轉(zhuǎn)到其他地方去執(zhí)行程序，而轉(zhuǎn)移指令之后的幾條語句已先后被解釋了部分功能，但此時(shí)全部廢棄。需要修改指令時(shí)變指令相關(guān)為操作數(shù)相關(guān)，統(tǒng)一按操作相關(guān)去處理。2）用分支程序代替被修改的指令4 解決條件轉(zhuǎn)移的全局相關(guān)1）猜測(cè)法① 按成功支路猜測(cè)：凡是條件轉(zhuǎn)移指令都將成功支路指令提前取到指令站中，此時(shí)將不成功支路指令取到后援寄存器組。2）分支預(yù)測(cè)： 允許 CPU對(duì)分支以后的指令進(jìn)行譯碼，如 P6系列CPU中，取指 /譯碼單元使用一種優(yōu)化的分支預(yù)測(cè)算法，用來在多級(jí)分支、過程調(diào)用和返回時(shí)預(yù)測(cè)指令的流向。3）盡可能作成短轉(zhuǎn)移，短循環(huán)：使轉(zhuǎn)去的指令都在指令站中?？纱娣?40個(gè)等待執(zhí)行的微操作，執(zhí)行單元能夠以任意順序執(zhí)行重排序緩沖器中的指令。 適用范圍寬，但不利于速度的提高。ALUA Bregisters相關(guān)專用通路常規(guī)通路數(shù)據(jù)總線產(chǎn)品生產(chǎn)流水線舉例 ◆ 兩種方案的工作過程對(duì)比◆ 流水線生產(chǎn)過程的抽象描述167。3 流水線上對(duì)各過程段進(jìn)行時(shí)間匹配的辦法。如某指令用時(shí) 5Δt ，可分為 5個(gè)過程段： (均勻流水線 ）1Δt2Δt3Δt4Δt5Δt2）當(dāng)某過程段用時(shí)較長(zhǎng)，又不便于細(xì)分時(shí)，可用多套相同設(shè)備來實(shí)現(xiàn)時(shí)間匹配。 Ⅱ ）時(shí)間不匹配的非均勻流水線。② 向量流水線：用于對(duì)向量數(shù)據(jù)進(jìn)行流水處理。規(guī)模最?、?指令流水線：以指令為單位進(jìn)行處理，用于多進(jìn)程、多任務(wù)。規(guī)模最大 4）按流水線具有功能的多少 ① 單功能流水線：各過程段之間固定連接，不能重新構(gòu)成其它流水線 —— 固定流水線 ② 多功能流水線： 流水線的各段可以進(jìn)行不同的連接，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。 動(dòng)畫演示 動(dòng)態(tài)流水線：各過程段之間可重新連接，不同時(shí)刻可重構(gòu)成多種流水線。① 一維流水線：在同一時(shí)刻，部件只能向一個(gè)地方傳送結(jié)果。 時(shí)－空?qǐng)D 時(shí)－空?qǐng)D 從時(shí)間和空間兩個(gè)方面描述了流水線的工作過程。二、流水線的執(zhí)行過程及性能評(píng)價(jià)第五章加法流水線：1）不相關(guān)算式計(jì)算： Si = ai + bi (i=0～ 7) 共有 8個(gè)算式① S0=a0+b0 ②S1=a 1+b1 … ⑧S7=a 7+b7 畫出各算式在流水線上執(zhí)行過程時(shí)空?qǐng)D S3S4 S5S6 TP=(輸出結(jié)果數(shù) )/（完成算式總用時(shí)） =8/12=2/3（條 /Δt ）而無流水時(shí)： TP=1/5 （條 /Δt ）2）相關(guān)算式計(jì)算： S=a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7對(duì)相關(guān)算式要合理分解算式 —— 盡量分解為少相關(guān)算式：① S0=a0+a1 ⑤S4=S0+S1② S1=a2+a3 ⑥S5=S2+S3 ③ S2=a4+a5 ⑦S6=S4+S5 ④ S3=a6+a7TP=7/18 （條 /Δt ）效率（ η ）： 即流水線上部件的利用率η= （作用區(qū)域面積） /（完成運(yùn)算所需時(shí)間矩形面積） =（ 7*5 Δt ） /（ 18Δt*5 ） =7/18結(jié)論：相關(guān)發(fā)生時(shí)，對(duì)單條流水線而言會(huì)降低流水線性能。（個(gè) Δ t2) 畫出時(shí)空?qǐng)D過程段 M0M3M4M5M31① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦① ① ① ② ② ② ③ ③ ③ ④ ④ ④ ⑤ ⑤ ⑤ ⑥ ⑥ ⑥ ⑦ ⑦ ⑦① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦05102527Δt1 重疊方式重疊方式 重疊方式中所需時(shí)間的 表達(dá)式推導(dǎo)及計(jì)算表達(dá)式推導(dǎo)及計(jì)算 解決條件轉(zhuǎn)移的 全局相關(guān)全局相關(guān) 解決等待結(jié)果的 數(shù)相關(guān)數(shù)相關(guān)167。 運(yùn)算速度 常用每秒取得多少個(gè) 浮點(diǎn)運(yùn)算
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