《标量处理机eng》.ppt

该【《标量处理机eng》 】是由【相惜】上传分享，文档一共【105】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【《标量处理机eng》 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。MultipleInstructionIssueWehaveattemptedtolimitstallsfromhazardstolowertheaverageCPItotheidealCPIof1CanwedecreaseCPItounder1?How?Issueandexecutemorethan1instructionatatimeMultiple-eintwokinds:Superscalarsusestaticand/ordynamicschedulingmechanismsandmultiplefunctionalunitstoissuemorethan1instructionatatimeVLIW(verylonginstructionword)useinstructionswhicharethemselvesmultipleinstructions,pilerallinstructionsinthelongwordareexecutedinparallelpiler)support整理课件2024/4/231SuperscalarHardwareissuesfrom1to8instructionsperclockcycletheseinstructionsmustbeindependentandsatisfyotherconstraintsAvoidstructuralhazards-usedifferentfunctionalunits,binedpilerordynamicallybyhardwarebinationofinstructions,forsimplicity,wewillconcentrateona2instructionsuperscalarforMIPSwhereoneinstructionwillbeanintegeroperationandtheother,ifavailablewillbeafloatingpointoperationplexityofthehardware,butalsoreducestheusefulnessofthesuperscalar整理课件2024/4/232超标量处理机的根本结构如果把处理机中能够同时运行的指令条数定义为指令并行度ILP〔instructionlevelparallelism〕,那未一条k级流水线的ILP为k。如果一个超标量处理机中存在n条这样的流水线,其ILP为nk。12341234整数寄存器123412345656浮点数寄存器存储器图2-26常见的超标量处理机组成返回上一张整理课件2024/4/233指令的单发射与多发射处理机从指令存储单元〔或指令分配单元〕取得指令的过程称为“发射〞。如果一个处理机在单个时钟周期中只能取出一条指令供执行,就称为单发射处理机。如果在一个时钟周期内可以同时取得多条指令的处理机可以称为多发射处理机。时钟周期指令I1I2I351234IFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWR时钟周期指令I6I1I2I3I4I512345EXWRIFIDIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWRIFIDEXWR(a)单发射(b)多发射图2-28单发射与多发射工作方式比较返回上一张整理课件2024/4/234超标量流水线处理机超标量流水线的发射策略????已经指出,限制指令级并行性的3种因素是:,即资源冲突;;,即WR相关、RW相关、WW相关。在超标量流水中,上述相关的存在,使问题变得更加复杂化。因此超标量流水线的调度,即指令的发射和完成策略,对于充分利用指令级的并行度,提高超标量处理器的性能十分重要。所谓指令发射策略包括两层意思,一是取指令的次序,另一个是所取指令的执行次序。整理课件2024/4/235超标量流水线处理机指令发射(instructionissue)是指启动指令进入执行段的过程。指令发射策略是指指令发射所用的协议或规那么。当指令按程序的次序发射时,称之为按序发射(in-orderissue)。为改善流水线性能,可以将存在相关性的指令推后发射,而将后面无相关性的指令提前发射,即不按程序原有次序发射指令,称之为无序发射(out-of-orderissue)。类似地,指令的完成也有按序完成和无序完成之分。一般而言,无序发射总导致无序完成。整理课件2024/4/236超标量流水线处理机超标量流水线共有3种调度策略:;;。无论哪种调度策略,,其结构如图7(a)所示。它分为取指(F)段、译码(D)段、执行(E)段和写回(W)段共四段。F、D、W段都是1个时钟周期完成。E段有多个功能部件:其中LOAD/STORE部件完成D-Cache访问只需1个时钟周期,加法器部件完成加法操作需2个时钟周期,乘法器部件完成乘法操作那么需3个时钟周期。加法器和乘法器都已流水化。F段和D段要求指令成对的输入。E段有内部数据定向传送,结果生成即可使用。整理课件2024/4/238超标量流水线处理机使用的程序包含如下6条指令序列:???????I1???LOAD?R1,M(A)?????????;R1←M(A)???????I2???ADD??R2,R1???????????;R2←(R2)+(R1)???????I3???ADD??R3,R4???????????;R3←(R3)+(R4)???????I4???MUL??R4,R5???????????;R4←(R4)×(R5)???????I5???LOAD?R6,M(B)?????????;R6←M(B)???????I6???MUL??R6,R7???????????;R6←(R6)×(R7)上述指令中I1,I2有WR相关,I3,I4有RW相关,I5,I6有WW相关和WR相关。整理课件2024/4/239超标量流水线处理机1?按序发射图7(b)给出了按序发射按序完成的译码段、执行段、写回段的推进情况,而图7(c)给出了流水线的时空图。整理课件2024/4/2310