1、會(huì)計(jì)學(xué)1研究生入學(xué)考試四川大學(xué)研究生入學(xué)考試四川大學(xué)(s chun d xu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共177頁(yè)。2. 讓前后連續(xù)的指令讓前后連續(xù)的指令(zhlng)在處理機(jī)內(nèi)在處理機(jī)內(nèi)以重疊的方式執(zhí)行以重疊的方式執(zhí)行.取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行k+ 1k第1頁(yè)/共177頁(yè)第二頁(yè)，共177頁(yè)。 二次重疊執(zhí)行二次重疊執(zhí)行(zhxng)方式方式:取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行第第k條指令條指令第第k + 1條指條指令令第第k + 2條指條指令令取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行取指取指分析分析執(zhí)行執(zhí)行第第k條

2、指令條指令第第k + 1條指條指令令第第k + 2條指條指令令如果三個(gè)階段所需時(shí)間如果三個(gè)階段所需時(shí)間t相等，相等，N條指令順序執(zhí)行的時(shí)條指令順序執(zhí)行的時(shí)間為間為 ：T=3Nt。 一次重疊執(zhí)行的時(shí)間：一次重疊執(zhí)行的時(shí)間：T=(1+2N)t。二次重疊執(zhí)行的時(shí)間為：二次重疊執(zhí)行的時(shí)間為：T=（2+N)t。第2頁(yè)/共177頁(yè)第三頁(yè)，共177頁(yè)。第3頁(yè)/共177頁(yè)第四頁(yè)，共177頁(yè)。能同時(shí)提出對(duì)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)的請(qǐng)能同時(shí)提出對(duì)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)的請(qǐng)求，從而發(fā)生存儲(chǔ)器訪問(wèn)沖突求，從而發(fā)生存儲(chǔ)器訪問(wèn)沖突(chngt)(chngt)。第4頁(yè)/共177頁(yè)第五頁(yè)，共177頁(yè)。(dling)的數(shù)據(jù)線，對(duì)匯編程的數(shù)據(jù)線，對(duì)匯編程

3、序員和機(jī)器程序員不透明序員和機(jī)器程序員不透明2）多體交叉存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)也可減）多體交叉存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)也可減少?zèng)_突的發(fā)生。少?zèng)_突的發(fā)生。3）先行控制技術(shù)是最根本的辦）先行控制技術(shù)是最根本的辦法。法。第5頁(yè)/共177頁(yè)第六頁(yè)，共177頁(yè)。第第k條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行第第k+2條指令條指令執(zhí)行執(zhí)行分析分析第第k+1條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行這種情況可用先行這種情況可用先行(xinxng)控制技術(shù)來(lái)緩解?？刂萍夹g(shù)來(lái)緩解。第6頁(yè)/共177頁(yè)第七頁(yè)，共177頁(yè)。運(yùn)算控制器運(yùn)算控制器 先先 行行 指指 令令 棧棧 后后 行行 寫(xiě)寫(xiě) 數(shù)數(shù) 棧棧 先先 行行 讀讀 數(shù)數(shù) 棧棧存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 控控 制制 器器去主存儲(chǔ)

4、器去主存儲(chǔ)器地址線地址線 指指 令令 分分 析析 器器 先行操作棧先行操作棧運(yùn)運(yùn) 算算 器器通通 用用 寄寄 存存 器器第7頁(yè)/共177頁(yè)第八頁(yè)，共177頁(yè)。前置部件前置部件后置部件后置部件緩沖棧緩沖棧 第8頁(yè)/共177頁(yè)第九頁(yè)，共177頁(yè)。運(yùn)算控制器運(yùn)算控制器 先先 行行 指指 令令 棧棧 后后 行行 寫(xiě)寫(xiě) 數(shù)數(shù) 棧棧 先先 行行 讀讀 數(shù)數(shù) 棧棧存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 控控 制制 器器去主存儲(chǔ)器去主存儲(chǔ)器地址線地址線 指指 令令 分分 析析 器器 先行操作棧先行操作棧運(yùn)運(yùn) 算算 器器通通 用用 寄寄 存存 器器通過(guò)先行通過(guò)先行(xinxng)指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PC1預(yù)取預(yù)取指令序列指令序列通過(guò)現(xiàn)行指

5、令計(jì)數(shù)器通過(guò)現(xiàn)行指令計(jì)數(shù)器PC取出現(xiàn)取出現(xiàn)行指令行指令指令分析器指令分析器指令分析器指令分析器:對(duì)取自先行指令棧的指令進(jìn)行預(yù)處理對(duì)取自先行指令棧的指令進(jìn)行預(yù)處理.1.對(duì)于程序控制類(lèi)的指令，如轉(zhuǎn)移指令，指今分析器可以直接完成指令的執(zhí)行對(duì)于程序控制類(lèi)的指令，如轉(zhuǎn)移指令，指今分析器可以直接完成指令的執(zhí)行.2.對(duì)于數(shù)據(jù)運(yùn)算型指令，指令分析器要將它們變換成寄存器寄存器型對(duì)于數(shù)據(jù)運(yùn)算型指令，指令分析器要將它們變換成寄存器寄存器型(RR型型)指令，即將操作數(shù)預(yù)先存到寄存器中，使指令能快速執(zhí)行指令，即將操作數(shù)預(yù)先存到寄存器中，使指令能快速執(zhí)行.立即尋址立即尋址傳數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)變址尋址或變址尋址或存儲(chǔ)器型指存儲(chǔ)器型

6、指令令,傳地址傳地址RR*指令指令第9頁(yè)/共177頁(yè)第十頁(yè)，共177頁(yè)。第第k條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行第第k+2條指令條指令執(zhí)行執(zhí)行分析分析第第k+1條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行 緩沖棧深度應(yīng)滿(mǎn)足緩沖棧深度應(yīng)滿(mǎn)足(mnz)以下關(guān)系：以下關(guān)系： D取指棧取指棧D操作棧操作棧D讀棧讀棧D寫(xiě)棧寫(xiě)棧第第k條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行第第k+2條指令條指令執(zhí)行執(zhí)行分析分析第第k+1條指令條指令分析分析執(zhí)行執(zhí)行第10頁(yè)/共177頁(yè)第十一頁(yè)，共177頁(yè)。能部件能部件(bjin)(bjin)稱(chēng)為流水線的稱(chēng)為流水線的級(jí)或段，段與段相互連接形成級(jí)或段，段與段相互連接形成流水線。流水線的段數(shù)稱(chēng)為流流水線。流水線

7、的段數(shù)稱(chēng)為流水線的深度。水線的深度。第11頁(yè)/共177頁(yè)第十二頁(yè)，共177頁(yè)。 指令執(zhí)行部件指令執(zhí)行部件 指令分析器指令分析器鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器分析分析k+1執(zhí)行執(zhí)行k t2 t1 結(jié)果出結(jié)果出指令入指令入 在流水線的每一個(gè)功能部件的后面都要有一個(gè)緩沖寄存器，或稱(chēng)為鎖存器、閘門(mén)寄存器等，它的作用是保存(bocn)本流水段的執(zhí)行結(jié)果。第12頁(yè)/共177頁(yè)第十三頁(yè)，共177頁(yè)。 橫軸表示時(shí)間橫軸表示時(shí)間(shjin)，即各條指令在處理機(jī)中經(jīng)歷各個(gè)操作時(shí)占用的時(shí)間，即各條指令在處理機(jī)中經(jīng)歷各個(gè)操作時(shí)占用的時(shí)間(shjin)段。如果各級(jí)執(zhí)行所需的時(shí)間段。如果各級(jí)執(zhí)行所需的時(shí)間(shjin)相等，

8、在橫軸上應(yīng)表現(xiàn)為等距離的時(shí)間相等，在橫軸上應(yīng)表現(xiàn)為等距離的時(shí)間(shjin)段。段。 縱軸表示空間，即流水線的各個(gè)子操作過(guò)程，通常也稱(chēng)為縱軸表示空間，即流水線的各個(gè)子操作過(guò)程，通常也稱(chēng)為“功能段功能段”。 k t (n-1)tn-1n-1 123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n n時(shí)間時(shí)間空間空間S1S2S3S4n-1n-1123n nS5填入填入填滿(mǎn)填滿(mǎn)排空排空第13頁(yè)/共177頁(yè)第十四頁(yè)，共177頁(yè)。第14頁(yè)/共177頁(yè)第十五頁(yè)，共177頁(yè)。第15頁(yè)/共177頁(yè)第十六頁(yè)，共177頁(yè)。求階差求階差對(duì)階對(duì)階尾數(shù)加尾數(shù)加規(guī)格化規(guī)格化入入出出部件部件(bj

9、in)級(jí)流水線通常是流水線處理機(jī)中的級(jí)流水線通常是流水線處理機(jī)中的一部分，這時(shí)的處理機(jī)由于流水級(jí)數(shù)較多，又一部分，這時(shí)的處理機(jī)由于流水級(jí)數(shù)較多，又稱(chēng)為超流水線處理機(jī)。稱(chēng)為超流水線處理機(jī)。第16頁(yè)/共177頁(yè)第十七頁(yè)，共177頁(yè)。第17頁(yè)/共177頁(yè)第十八頁(yè)，共177頁(yè)。上這個(gè)過(guò)程更應(yīng)該看作是一上這個(gè)過(guò)程更應(yīng)該看作是一種任務(wù)的調(diào)度策略。種任務(wù)的調(diào)度策略。 處理機(jī)處理機(jī)2 M 處理機(jī)處理機(jī)n M 輸出輸出 處理機(jī)處理機(jī)1 M輸入輸入 任務(wù)任務(wù)1 任務(wù)任務(wù)2 任務(wù)任務(wù)n第18頁(yè)/共177頁(yè)第十九頁(yè)，共177頁(yè)。第19頁(yè)/共177頁(yè)第二十頁(yè)，共177頁(yè)。第20頁(yè)/共177頁(yè)第二十一頁(yè)，共177頁(yè)。（可

10、以（可以(ky)是單功能流水線也可以是單功能流水線也可以(ky)是多功能流水線）是多功能流水線）第21頁(yè)/共177頁(yè)第二十二頁(yè)，共177頁(yè)。（只能（只能(zh nn)是多功能流水線）是多功能流水線）第22頁(yè)/共177頁(yè)第二十三頁(yè)，共177頁(yè)。是指在各部件是指在各部件(bjin)除了串行除了串行的連接外，還通過(guò)反饋線使某的連接外，還通過(guò)反饋線使某些部件些部件(bjin)得以重復(fù)使用。得以重復(fù)使用。指令在通過(guò)這種流水線時(shí)，可指令在通過(guò)這種流水線時(shí)，可能在反饋部件能在反饋部件(bjin)上重復(fù)運(yùn)上重復(fù)運(yùn)行若干次。行若干次。第23頁(yè)/共177頁(yè)第二十四頁(yè)，共177頁(yè)。反饋回路反饋回路S1S2S3入入出

11、出S3S3S1S1S2S2時(shí)間時(shí)間非線性流水線工作非線性流水線工作(gngzu)特性示意圖特性示意圖第24頁(yè)/共177頁(yè)第二十五頁(yè)，共177頁(yè)。在一些現(xiàn)代處理機(jī)中，如在一些現(xiàn)代處理機(jī)中，如Pentium 4在流水線運(yùn)行過(guò)程中在流水線運(yùn)行過(guò)程中采用了亂序方式。采用了亂序方式。第25頁(yè)/共177頁(yè)第二十六頁(yè)，共177頁(yè)。步和異步兩種流水線。步和異步兩種流水線。第26頁(yè)/共177頁(yè)第二十七頁(yè)，共177頁(yè)。第27頁(yè)/共177頁(yè)第二十八頁(yè)，共177頁(yè)。kTnTP= =其中其中, n為完成任務(wù)的總數(shù)，在指令流水線中就是為完成任務(wù)的總數(shù)，在指令流水線中就是(jish)完成的指令總條數(shù)；完成的指令總條數(shù)；Tk

12、是完成是完成n個(gè)任務(wù)所個(gè)任務(wù)所用的時(shí)間。用的時(shí)間。第28頁(yè)/共177頁(yè)第二十九頁(yè)，共177頁(yè)。tnkTkD D- -+ += =) 1(n-1n-1 123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n n k t (n-1)tn t (k-1)tTk時(shí)間時(shí)間空間空間S1S2S3S4所需的總時(shí)間所需的總時(shí)間(shjin)為：為：第29頁(yè)/共177頁(yè)第三十頁(yè)，共177頁(yè)。ttnknTPnD D= =D D- -+ += = 1) 1(limmax所以所以(suy)，吞吐率為，吞吐率為:tnknTPD D- -+ += =) 1(第30頁(yè)/共177頁(yè)第三十一頁(yè)，共177

13、頁(yè)。執(zhí)行執(zhí)行(zhxng)時(shí)間不等的流水線時(shí)空?qǐng)D時(shí)間不等的流水線時(shí)空?qǐng)Dn123123nn321312n(n-1)t2Tk時(shí)間時(shí)間空間空間S4S3S2S1 D=kiit1第31頁(yè)/共177頁(yè)第三十二頁(yè)，共177頁(yè)。同樣方法可以同樣方法可以(ky)得到當(dāng)?shù)玫疆?dāng)n時(shí)的最大吞吐率為：時(shí)的最大吞吐率為： = =D DD DD D- -+ +D D= =kikitttntnTP121),(max)1(),(max121maxktttTPD DD DD D= =第32頁(yè)/共177頁(yè)第三十三頁(yè)，共177頁(yè)。nn1）分割瓶頸部件的工作）分割瓶頸部件的工作(gngzu)n2）重復(fù)設(shè)置瓶頸部件）重復(fù)設(shè)置瓶頸部件第3

14、3頁(yè)/共177頁(yè)第三十四頁(yè)，共177頁(yè)。S2-1S2-2S2-3S S2 2(3(3t )tt(a)(b)S2-3S2-1S2-2t2=3t33tS1S2S3S4ttt兩種方式兩種方式(fngsh)在效果上是可以等效的，在輸入在效果上是可以等效的，在輸入n條指令的情況下，實(shí)際吞吐率都為：條指令的情況下，實(shí)際吞吐率都為：tnntnnTPD D+ += =D D- -+ += =)5()16(第34頁(yè)/共177頁(yè)第三十五頁(yè)，共177頁(yè)。兩種方式在效果上是可以?xún)煞N方式在效果上是可以(ky)等效的，在輸入等效的，在輸入n條指令的情況下，實(shí)際吞吐率都為：條指令的情況下，實(shí)際吞吐率都為：tnntnnTPD

15、 D+ += =D D- -+ += =)5()16( = =D DD DD D- -+ +D D= =kikitttntnTP121),(max)1(= =6 63D3D- -+ +D Dtntn)1(= =3 3D D+ +t3nn)(第35頁(yè)/共177頁(yè)第三十六頁(yè)，共177頁(yè)。第36頁(yè)/共177頁(yè)第三十七頁(yè)，共177頁(yè)。1)1(0- -+ + = =D D- -+ +D D = = =nknktnktknTTSk同樣同樣(tngyng)辦法可以得到最大加速辦法可以得到最大加速比比knknkSn= =- -+ + = = 1limmax第37頁(yè)/共177頁(yè)第三十八頁(yè)，共177頁(yè)。 = =

16、=D DD DD D- -+ +D DD D = =kikikiitttnttnS1211),(max)1(第38頁(yè)/共177頁(yè)第三十九頁(yè)，共177頁(yè)?？諈^(qū)空區(qū)個(gè)流水線級(jí)占用的總時(shí)個(gè)流水線級(jí)占用的總時(shí)條指令占用的時(shí)空區(qū)條指令占用的時(shí)空區(qū)knE = =n-1n-1 123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n nn-1n-1123n n k t (n-1)tn t (k-1)tTk時(shí)間時(shí)間空間空間S1S2S3S4各級(jí)各級(jí)( j)執(zhí)行時(shí)間相等的流水線效率等于執(zhí)行時(shí)間相等的流水線效率等于：1) 1(- -+ += =D D- -+ + D D = =nkntnkktknE第39頁(yè)/共17

17、7頁(yè)第四十頁(yè)，共177頁(yè)。11limmax= =- -+ += = nknEnn 通過(guò)通過(guò)(tnggu)類(lèi)似的分析方法，我們也可以得到在各類(lèi)似的分析方法，我們也可以得到在各 級(jí)執(zhí)行時(shí)間不等的流水線中的效率計(jì)算方法。級(jí)執(zhí)行時(shí)間不等的流水線中的效率計(jì)算方法。 = = =D DD DD D- -+ +D D D D = =kikikiitttntktnE1211),(max)1( 第40頁(yè)/共177頁(yè)第四十一頁(yè)，共177頁(yè)。效率效率(xio l)公公式：式：加速加速(ji s)比比公式：公式：兩者相結(jié)合得出：兩者相結(jié)合得出：E = S/k 或或 S = k E1- -+ + = =nknkS1- -

18、+ += =nknE效率公式：效率公式：tnknTPD D- -+ += =) 1(吞吐率公式：吞吐率公式：1- -+ += =nknE 兩者相結(jié)合得出：兩者相結(jié)合得出：E = TP t 或或TP = E /t。僅限于各級(jí)執(zhí)行時(shí)僅限于各級(jí)執(zhí)行時(shí)間相等的流水線間相等的流水線第41頁(yè)/共177頁(yè)第四十二頁(yè)，共177頁(yè)。1234567第42頁(yè)/共177頁(yè)第四十三頁(yè)，共177頁(yè)。從時(shí)空?qǐng)D中看出，由于從時(shí)空?qǐng)D中看出，由于(yuy)輸入任務(wù)的不輸入任務(wù)的不連續(xù)，全部連續(xù)，全部7個(gè)任務(wù)（指令），經(jīng)過(guò)個(gè)任務(wù)（指令），經(jīng)過(guò)18個(gè)時(shí)鐘個(gè)時(shí)鐘周期后完成。如每段執(zhí)行時(shí)間均等于周期后完成。如每段執(zhí)行時(shí)間均等于t，吞吐，

19、吞吐率率TP為：為：時(shí)間時(shí)間空間空間12345671234567123456712345671234567 1 2 3 18 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17S5S1S2S3S4ttTnTPkD=D=1389. 0187M=（A+B）+（C+D）+（E+F）+（G+H）1234567第43頁(yè)/共177頁(yè)第四十四頁(yè)，共177頁(yè)。94. 118570=DD=ttTTSk這時(shí)流水線的加速這時(shí)流水線的加速(ji s)比為比為:而效率而效率(xio l)達(dá)達(dá)到：到：389. 0185570=DD=ttTkTEk時(shí)間時(shí)間空間空間12345671234567123456

20、712345671234567 1 2 3 18 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17S5S1S2S3S4效率效率(xio l)為何仍然為何仍然不高？不高？第44頁(yè)/共177頁(yè)第四十五頁(yè)，共177頁(yè)。第45頁(yè)/共177頁(yè)第四十六頁(yè)，共177頁(yè)。第46頁(yè)/共177頁(yè)第四十七頁(yè)，共177頁(yè)。Z Z(AB)(AB)(CD)(CD)(EF)(EF)(GH)(GH)1 12 23 34 45 57 76 6第47頁(yè)/共177頁(yè)第四十八頁(yè)，共177頁(yè)。第48頁(yè)/共177頁(yè)第四十九頁(yè)，共177頁(yè)。如果采用如果采用(ciyng)(ciyng)順序執(zhí)行方式，完成一次順序執(zhí)行方式

21、，完成一次乘法要用乘法要用4 4個(gè)個(gè)t t ，完成一次加法要用，完成一次加法要用6 6個(gè)個(gè)t t ，則完成全部運(yùn)算要用，則完成全部運(yùn)算要用 則流水線的加速則流水線的加速(ji s)(ji s)比比S S為：為： 整個(gè)流水線共有整個(gè)流水線共有8 8段，流水線效率段，流水線效率E E為：為： 效率更低的原因？效率更低的原因？第49頁(yè)/共177頁(yè)第五十頁(yè)，共177頁(yè)。第50頁(yè)/共177頁(yè)第五十一頁(yè)，共177頁(yè)。流水線的額外開(kāi)銷(xiāo)流水線的額外開(kāi)銷(xiāo)流水寄存器延遲流水寄存器延遲時(shí)鐘偏移開(kāi)銷(xiāo)時(shí)鐘偏移開(kāi)銷(xiāo)沖突問(wèn)題沖突問(wèn)題流水線設(shè)計(jì)流水線設(shè)計(jì)(shj)中要解決的中要解決的重要問(wèn)題之一。重要問(wèn)題之一。第51頁(yè)/共1

22、77頁(yè)第五十二頁(yè)，共177頁(yè)。第52頁(yè)/共177頁(yè)第五十三頁(yè)，共177頁(yè)。ALU指令指令LOAD/STOREBRANCHIF(S1)取指取指取指取指取指取指ID(S2)譯碼譯碼,讀寄存讀寄存器堆器堆譯碼譯碼,讀寄存器堆讀寄存器堆譯碼譯碼,讀寄存器讀寄存器堆堆EX(S3)執(zhí)行執(zhí)行計(jì)算有效地址計(jì)算有效地址計(jì)算轉(zhuǎn)移目標(biāo)地計(jì)算轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址址,設(shè)置條件碼設(shè)置條件碼MEM(S4)-訪存訪存(讀或?qū)懽x或?qū)?若條件成立若條件成立,將將轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送PCWB(S5)結(jié)果寫(xiě)回寄存結(jié)果寫(xiě)回寄存器堆器堆讀出數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器堆讀出數(shù)據(jù)寫(xiě)入寄存器堆-第53頁(yè)/共177頁(yè)第五十四頁(yè)，共177頁(yè)。第54頁(yè)/共17

23、7頁(yè)第五十五頁(yè)，共177頁(yè)。第55頁(yè)/共177頁(yè)第五十六頁(yè)，共177頁(yè)。(zh yo)是三大類(lèi)是三大類(lèi): 1）名相關(guān)）名相關(guān) 2）數(shù)據(jù)相關(guān)）數(shù)據(jù)相關(guān) 3）控制相關(guān)）控制相關(guān)第56頁(yè)/共177頁(yè)第五十七頁(yè)，共177頁(yè)。第57頁(yè)/共177頁(yè)第五十八頁(yè)，共177頁(yè)。 DIV.D F2，F(xiàn)6，F(xiàn)4 ADD.D F6，F(xiàn)0，F(xiàn)12第58頁(yè)/共177頁(yè)第五十九頁(yè)，共177頁(yè)。第59頁(yè)/共177頁(yè)第六十頁(yè)，共177頁(yè)。第60頁(yè)/共177頁(yè)第六十一頁(yè)，共177頁(yè)。數(shù)據(jù)相關(guān)具有傳遞性。數(shù)據(jù)相關(guān)具有傳遞性。數(shù)據(jù)相關(guān)反映了數(shù)據(jù)的流動(dòng)關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)反映了數(shù)據(jù)的流動(dòng)關(guān)系，即如何從其產(chǎn)生者流動(dòng)系，即如何從其產(chǎn)生者流動(dòng)到其消費(fèi)

24、者。到其消費(fèi)者。第61頁(yè)/共177頁(yè)第六十二頁(yè)，共177頁(yè)。第62頁(yè)/共177頁(yè)第六十三頁(yè)，共177頁(yè)。當(dāng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)是經(jīng)過(guò)寄存器時(shí)，相關(guān)的檢測(cè)比較當(dāng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)是經(jīng)過(guò)寄存器時(shí)，相關(guān)的檢測(cè)比較直觀直觀(zhgun)和容易。和容易。當(dāng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)是經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)器時(shí)，檢測(cè)比較復(fù)雜。當(dāng)數(shù)據(jù)的流動(dòng)是經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)器時(shí)，檢測(cè)比較復(fù)雜。 相同形式的地址其有效地址未必相同。相同形式的地址其有效地址未必相同。 形式不同的地址其有效地址卻可能相同。形式不同的地址其有效地址卻可能相同。第63頁(yè)/共177頁(yè)第六十四頁(yè)，共177頁(yè)。該分支控制了。該分支控制了。如果一條如果一條(y tio)指令與某分支指令與某分支指令不存在控制相關(guān)，

25、就不指令不存在控制相關(guān)，就不能把該指令移到該分支之后。能把該指令移到該分支之后。第64頁(yè)/共177頁(yè)第六十五頁(yè)，共177頁(yè)。第65頁(yè)/共177頁(yè)第六十六頁(yè)，共177頁(yè)。1 2 3 4 5 6 7 8指令指令LOADIF ID EX MEM WB指令指令i+1 IF ID EX MEM WB指令指令i+2 IF ID EX MEM WB指令指令i+3 IF ID EX MEM WB指令指令i+4 IF ID EX MEM訪存沖突訪存沖突(chngt)第66頁(yè)/共177頁(yè)第六十七頁(yè)，共177頁(yè)。第67頁(yè)/共177頁(yè)第六十八頁(yè)，共177頁(yè)。1 2 3 4 5 6 7 8 9指令指令LOADIF ID

26、 EX MEM WB指令指令i+1 IF ID EX MEM WB指令指令i+2 IF ID EX MEM WB指令指令i+3 停頓停頓 IF ID EX MEM WB指令指令i+4 IF ID EX MEM第68頁(yè)/共177頁(yè)第六十九頁(yè)，共177頁(yè)。 時(shí)時(shí)間間（時(shí)時(shí)鐘鐘周周期期） 1 2 3 4 5 6 M Reg ALU M Reg M Reg ALU M Reg M Reg ALU M Reg 7 8 load 指指令令i+1 指指令令i+2 暫暫 停停 M Reg ALU M 指指令令i+3 氣氣泡泡 氣氣泡泡 氣氣泡泡 氣氣泡泡 氣氣泡泡 第69頁(yè)/共177頁(yè)第七十頁(yè)，共177頁(yè)。1

27、 2 3 4 5 6DADDIF ID EX MEM WBDSUB IF ID EX MEM WB寫(xiě)寫(xiě)R1讀讀R1第70頁(yè)/共177頁(yè)第七十一頁(yè)，共177頁(yè)。 IF ID EX MEM WBDSUBIF ID EX MEM WBDADD1 2 3 4 5 6寫(xiě)寫(xiě)R1讀讀R1ALU運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果目標(biāo)目標(biāo)RALU操作數(shù)寄存器操作數(shù)寄存器旁路旁路(pn l)傳送傳送第71頁(yè)/共177頁(yè)第七十二頁(yè)，共177頁(yè)。 時(shí)間（時(shí)鐘周期） 1 2 3 4 5 6 IM Reg ALU DM Reg IM Reg ALU DM Reg IM Reg ALU DM IM Reg ALU DADD R1，R2，R3

28、 DSUB R4，R1，R5 XOR R6，R1，R7 AND R8，R1，R9 IM Reg OR R10，R1，R11 第72頁(yè)/共177頁(yè)第七十三頁(yè)，共177頁(yè)。指令入指令入出出12345讀數(shù)讀數(shù)寫(xiě)數(shù)寫(xiě)數(shù)kji Ri指令指令:寫(xiě)數(shù)寫(xiě)數(shù) j指令指令:讀數(shù)讀數(shù)解決方法一：按序流動(dòng)解決方法一：按序流動(dòng)(lidng)（順序流動(dòng)（順序流動(dòng)(lidng)）的流水線中，用定向傳送技術(shù)。）的流水線中，用定向傳送技術(shù)。指流水線中流出的結(jié)果與流入指令的次序是一致的。指流水線中流出的結(jié)果與流入指令的次序是一致的。第73頁(yè)/共177頁(yè)第七十四頁(yè)，共177頁(yè)。 時(shí)間（時(shí)鐘周期） 1 2 3 4 5 6 IM Re

29、g ALU DM Reg IM Reg ALU DM Reg IM Reg ALU DM IM Reg ALU LD R1，0(R2) DADD R4，R1，R5 AND R6，R1，R7 XOR R8，R1，R9 第74頁(yè)/共177頁(yè)第七十五頁(yè)，共177頁(yè)。 時(shí)間（時(shí)鐘周期） 1 2 3 4 5 6 IM Reg ALU DM Reg IM Reg ALU DM IM Reg ALU IM Reg LD R1，0(R2) DADD R4，R1，R5 AND R6，R1，R7 XOR R8，R1，R9 氣泡 氣泡 氣泡 第75頁(yè)/共177頁(yè)第七十六頁(yè)，共177頁(yè)。指允許輸出結(jié)果的次序與輸入指令

30、指允許輸出結(jié)果的次序與輸入指令(zhlng)的次序不同。的次序不同。lkikjil指令入指令入出出12345讀數(shù)讀數(shù)寫(xiě)數(shù)寫(xiě)數(shù) Ri指令指令:寫(xiě)數(shù)寫(xiě)數(shù) j指令指令:讀數(shù)讀數(shù)第76頁(yè)/共177頁(yè)第七十七頁(yè)，共177頁(yè)。第77頁(yè)/共177頁(yè)第七十八頁(yè)，共177頁(yè)。1 2 3 4 5 6 7 8BRANCH(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移)IF ID EX MEM WB指令指令i+1 停頓停頓 停頓停頓 停頓停頓 IF ID EX MEM指令指令i+2 停頓停頓 停頓停頓 停頓停頓 IF ID EX指令指令i+3 停頓停頓 停頓停頓 停頓停頓 IF ID末尾末尾(mwi)處更新處更新PC值值第78頁(yè)/共177頁(yè)第七十九頁(yè)，

31、共177頁(yè)。第79頁(yè)/共177頁(yè)第八十頁(yè)，共177頁(yè)。成，即分支指令是在成，即分支指令是在IDID段的段的末尾執(zhí)行完成，所帶來(lái)的分末尾執(zhí)行完成，所帶來(lái)的分支延遲為一個(gè)時(shí)鐘周期。支延遲為一個(gè)時(shí)鐘周期。第80頁(yè)/共177頁(yè)第八十一頁(yè)，共177頁(yè)。第81頁(yè)/共177頁(yè)第八十二頁(yè)，共177頁(yè)。第82頁(yè)/共177頁(yè)第八十三頁(yè)，共177頁(yè)。第83頁(yè)/共177頁(yè)第八十四頁(yè)，共177頁(yè)。DADD R1，R2，R3IF R2=0 THEN延遲槽延遲槽IF R2=0 THENDADD R1，R2，R3第84頁(yè)/共177頁(yè)第八十五頁(yè)，共177頁(yè)。方法三：由失敗方法三：由失敗(shbi)處調(diào)度處調(diào)度方法二：從目標(biāo)方法

32、二：從目標(biāo)(mbio)處調(diào)度處調(diào)度DSUB R4, R5, R6 DADD R1, R2, R3IF R1=0 THEN延遲槽延遲槽DSUB R4, R5, R6 DADD R1, R2, R3IF R1=0 THENDSUB R4, R5, R6DADD R1, R2, R3IF R1=0 THEN DSUB R4, R5, R6延遲槽延遲槽DADD R1, R2, R3IF R1=0 THEN DSUB R4, R5, R6第85頁(yè)/共177頁(yè)第八十六頁(yè)，共177頁(yè)。前饋前饋 反饋反饋輸出輸出S4輸入輸入S1S2S3（a） 帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖（

33、b） 一種假定的預(yù)約表一種假定的預(yù)約表 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 S2 S3 S4 第86頁(yè)/共177頁(yè)第八十七頁(yè)，共177頁(yè)。前饋前饋 反饋反饋輸出輸出S4輸入輸入S1S2S3（a） 帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖第87頁(yè)/共177頁(yè)第八十八頁(yè)，共177頁(yè)。前饋前饋 反饋反饋輸出輸出S4輸入輸入S1S2S3（a） 帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖帶前饋和反饋的非線性流水線連線圖（b） 一種假定的預(yù)約表一種假定的預(yù)約表 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 S2 S3 S4 第88頁(yè)/共177頁(yè)第八十九頁(yè)，共177頁(yè)。第89頁(yè)/共177頁(yè)第九十頁(yè)，

34、共177頁(yè)。，時(shí)段到第時(shí)段到第4時(shí)段的距離為時(shí)段的距離為3t（4t 1t = 3t），顯然這），顯然這是一個(gè)禁止啟動(dòng)距離。是一個(gè)禁止啟動(dòng)距離。 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 S2 S3 S4 第90頁(yè)/共177頁(yè)第九十一頁(yè)，共177頁(yè)。nS3(jl)：t，3t，4tn禁止向量禁止向量F =（1, 3, 4, 6） 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 S2 S3 S4 第91頁(yè)/共177頁(yè)第九十二頁(yè)，共177頁(yè)。令。令。第92頁(yè)/共177頁(yè)第九十三頁(yè)，共177頁(yè)。第93頁(yè)/共177頁(yè)第九十四頁(yè)，共177頁(yè)。因此，可以與當(dāng)前指令間隔因此，可以與當(dāng)前指令間隔2拍拍（2t ）或）或5拍調(diào)入下

35、一個(gè)指令。拍調(diào)入下一個(gè)指令。第94頁(yè)/共177頁(yè)第九十五頁(yè)，共177頁(yè)。001011)(0)2(=CSHR 1 2 3 4 5 6 7 8 S1 S2 S3 S4 n第一條指令的當(dāng)前禁止向量：第一條指令的當(dāng)前禁止向量：n F =（1-2, 3-2, 4-2, 6-2）=（1，2，4）n則此時(shí)初始沖突向量應(yīng)該則此時(shí)初始沖突向量應(yīng)該(ynggi)邏輯右移兩位，邏輯右移兩位，形成第一條指令的當(dāng)前沖突向量。如（形成第一條指令的當(dāng)前沖突向量。如（ C0 =（101101），即：），即：第95頁(yè)/共177頁(yè)第九十六頁(yè)，共177頁(yè)。)101111()101101()001011()(00)2(1=CCSHR

36、C000)5(2)101101()101101()000001()(CCCSHRC=對(duì)對(duì)C1繼續(xù)推算新的沖突向量，因?yàn)槠渲欣^續(xù)推算新的沖突向量，因?yàn)槠渲?qzhng)只有一個(gè)只有一個(gè)0，后續(xù)向量也只有一個(gè)。后續(xù)向量也只有一個(gè)。001)5(3)101101()101101()000001()(CCCSHRC=在這個(gè)例子在這個(gè)例子(l zi)中，完成了全部推算后，只找到一個(gè)新中，完成了全部推算后，只找到一個(gè)新的沖突向量的沖突向量C1。第96頁(yè)/共177頁(yè)第九十七頁(yè)，共177頁(yè)。101101101111C1C0255第97頁(yè)/共177頁(yè)第九十八頁(yè)，共177頁(yè)。存儲(chǔ)器訪問(wèn)存儲(chǔ)器訪問(wèn)/分支完成分支完成寫(xiě)

37、回寫(xiě)回只討論整數(shù)指令的實(shí)現(xiàn)（包括：只討論整數(shù)指令的實(shí)現(xiàn)（包括：load和和store，等于，等于0轉(zhuǎn)移，整數(shù)轉(zhuǎn)移，整數(shù)ALU指令等。）指令等。）第98頁(yè)/共177頁(yè)第九十九頁(yè)，共177頁(yè)。第99頁(yè)/共177頁(yè)第一百頁(yè)，共177頁(yè)。16#IR16.3116#IR16.31）指令的譯碼操作和讀寄存器操作是并行進(jìn)行的。指令的譯碼操作和讀寄存器操作是并行進(jìn)行的。 原因原因(yunyn)：在：在MIPS指令格式中，操作碼字段以及指令格式中，操作碼字段以及rs、rt字段都是在固定的位置。這種技術(shù)稱(chēng)為固定字段譯碼技術(shù)。字段都是在固定的位置。這種技術(shù)稱(chēng)為固定字段譯碼技術(shù)。第100頁(yè)/共177頁(yè)第一百零一頁(yè)，共

38、177頁(yè)。將有效地址將有效地址(dzh)計(jì)算周期和執(zhí)行周期合并為一個(gè)時(shí)鐘周期，這是因?yàn)橛?jì)算周期和執(zhí)行周期合并為一個(gè)時(shí)鐘周期，這是因?yàn)镸IPS指令集采用指令集采用loadstore結(jié)構(gòu)，沒(méi)有任何指令需要同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)有效地址結(jié)構(gòu)，沒(méi)有任何指令需要同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)有效地址(dzh)的計(jì)算、轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址的計(jì)算、轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址(dzh)的計(jì)算和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。的計(jì)算和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。第101頁(yè)/共177頁(yè)第一百零二頁(yè)，共177頁(yè)。分支三種指令分支三種指令(zhlng)。（1）存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令）存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令(zhlng) LMDMemALUo 或者或者M(jìn)emALUoB（2）分支指令）分支指令(zhlng) if

39、 （cond） PC ALUo else PCNPC第102頁(yè)/共177頁(yè)第一百零三頁(yè)，共177頁(yè)。 Regsrt LMD第103頁(yè)/共177頁(yè)第一百零四頁(yè)，共177頁(yè)。n2.單周期實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要重復(fù)單周期實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要重復(fù)設(shè)置某些功能部件，而在多設(shè)置某些功能部件，而在多周期實(shí)現(xiàn)方案中，這些部件周期實(shí)現(xiàn)方案中，這些部件是可以共享的。是可以共享的。第104頁(yè)/共177頁(yè)第一百零五頁(yè)，共177頁(yè)。取指取指D Dt譯碼譯碼D Dt執(zhí)行執(zhí)行2D Dt寫(xiě)回寫(xiě)回2D Dt第105頁(yè)/共177頁(yè)第一百零六頁(yè)，共177頁(yè)。取指取指D Dt譯碼譯碼D Dt執(zhí)行執(zhí)行2D Dt寫(xiě)回寫(xiě)回2D Dt1 1）畫(huà)出該流水線工作

40、）畫(huà)出該流水線工作(gngzu)(gngzu)時(shí)空?qǐng)D。時(shí)空?qǐng)D。時(shí)間時(shí)間 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 空間空間S3 S21 S1 S411122223333nnnn第106頁(yè)/共177頁(yè)第一百零七頁(yè)，共177頁(yè)。 = =D DD DD D- -+ +D D= =kikitttntnTP121),(max)1(= 5/（12 D Dt） = = =D DD DD D- -+ +D D D D = =kikikiitttntktnE1211),(max)1(= 0.625時(shí)間時(shí)間 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10

41、t11 t12 空間空間S3 S21 S1 S411122223333nnnn第107頁(yè)/共177頁(yè)第一百零八頁(yè)，共177頁(yè)。= 0.67/D DttnknTPD D- -+ += =) 1(tn6nD D- -+ += =) 1(E = TP t = 10/15 = 0.67S = k E = 4第108頁(yè)/共177頁(yè)第一百零九頁(yè)，共177頁(yè)。銀河銀河-I巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī) 銀河銀河-II巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī)第109頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十頁(yè)，共177頁(yè)。=nnnjninijinjnnnjninijinjbbbbbbbbbBaaaaaaaaaA111111111111第110頁(yè)/共177頁(yè)

42、第一百一十一頁(yè)，共177頁(yè)。=NkjkkijibaC1,=nnnjninijinjnnnjninijinjbbbbbbbbbaaaaaaaaaBA111111111111第111頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十二頁(yè)，共177頁(yè)。=NkjkkijibaC1,第112頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十三頁(yè)，共177頁(yè)。對(duì)一個(gè)操對(duì)一個(gè)操作數(shù)進(jìn)行作數(shù)進(jìn)行操作操作對(duì)一對(duì)操對(duì)一對(duì)操作數(shù)進(jìn)行作數(shù)進(jìn)行操作操作第113頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十四頁(yè)，共177頁(yè)。第114頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十五頁(yè)，共177頁(yè)。=nnnjninijinjnnnjninijinjbbbbbbbbbaaaaaaaaaBA111111111111第115

43、頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十六頁(yè)，共177頁(yè)。第116頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十七頁(yè)，共177頁(yè)。儲(chǔ)到多體交叉存儲(chǔ)器中。儲(chǔ)到多體交叉存儲(chǔ)器中。4）一般向量機(jī)中，允許訪問(wèn)）一般向量機(jī)中，允許訪問(wèn)存儲(chǔ)器與有效地址的計(jì)算流存儲(chǔ)器與有效地址的計(jì)算流水化，在高檔向量機(jī)中還允水化，在高檔向量機(jī)中還允許多個(gè)向量操作同時(shí)進(jìn)行，許多個(gè)向量操作同時(shí)進(jìn)行，即多向量并行操作。即多向量并行操作。第117頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十八頁(yè)，共177頁(yè)?？梢园烟幚矸绞椒譃槿N。可以把處理方式分為三種。 橫向橫向(hn xin)處理處理方式方式 縱向處理方式縱向處理方式 縱橫處理方式縱橫處理方式第118頁(yè)/共177頁(yè)第一百一十九頁(yè)，共1

44、77頁(yè)。Fi = Ai * B + Di * ( Ai - Ei )求出整個(gè)求出整個(gè)A的值，作為第一個(gè)運(yùn)算的值，作為第一個(gè)運(yùn)算(yn sun)單元單元第二個(gè)運(yùn)算第二個(gè)運(yùn)算(yn sun)單元單元第三個(gè)運(yùn)算單元第三個(gè)運(yùn)算單元 縱橫處理方式縱橫處理方式將被處理的數(shù)組分割為比較小的數(shù)組，在這個(gè)較小的將被處理的數(shù)組分割為比較小的數(shù)組，在這個(gè)較小的數(shù)組中進(jìn)行縱向處理，然后在各小數(shù)組處理的基礎(chǔ)上數(shù)組中進(jìn)行縱向處理，然后在各小數(shù)組處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行橫向處理。進(jìn)行橫向處理。第119頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十頁(yè)，共177頁(yè)。器、向量控制器等器、向量控制器等2. 向量處理機(jī)的類(lèi)型向量處理機(jī)的類(lèi)型存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型

45、存儲(chǔ)器型寄存器寄存器-寄存器型寄存器型第120頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十一頁(yè)，共177頁(yè)。功能流水線功能流水線存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)譯碼器譯碼器指令指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)B數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)C向量處理機(jī)基本結(jié)構(gòu)框向量處理機(jī)基本結(jié)構(gòu)框圖圖n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)(jigu)第121頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十二頁(yè)，共177頁(yè)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)地址形成器地址形成器功能選擇功能選擇向量控制向量控制指令指令指指 令令 譯譯 碼碼延遲選擇延遲選擇可變延遲器可變延遲器可變延遲器可變延遲器功能處理流水線功能處理流水線C = ABAB第122頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十三頁(yè)，共177頁(yè)。AM0M1M2M3M4M5M6M

46、7BC = AB運(yùn)算器運(yùn)算器流水線結(jié)構(gòu)流水線結(jié)構(gòu)A B CA0A1A2A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7C0C1C2C3C4C5C6C7第123頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十四頁(yè)，共177頁(yè)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)向量處理機(jī)的一種工作時(shí)空存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)向量處理機(jī)的一種工作時(shí)空?qǐng)D圖P4P3P2P1M7M6M5M4M3M2M1M0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 RA7 RA7 RB7 RB7 W7 W7 RA6 RA6 RB6 RB6 W6 W6 RA5 RA5 RB5 RB5 W5 W5

47、RA4 RA4 RB4 RB4 W4 W4 RA3 RA3 RB3 RB3 W3 W3 RA2 RA2 RB2 RB2 W2 W2 RA1 RA1 RB1 RB1 W1 W1 RA0 RA0 RB0 RB0 W0 W0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 第124頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十五頁(yè)，共177頁(yè)。AM0M1M2M3M4M5M6M7BC = AB運(yùn)算器運(yùn)算器流水線結(jié)構(gòu)流水線結(jié)構(gòu)由由8個(gè)存儲(chǔ)器模塊個(gè)存儲(chǔ)器模塊(m kui)組成存儲(chǔ)系統(tǒng)的向量處理機(jī)組成存儲(chǔ)系統(tǒng)的向量處理機(jī)A B CA0A1A2A3A4A5A6A7B6B7B0B1B2B3B4B5

48、C4C5C6C7C0C1C2C3第125頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十六頁(yè)，共177頁(yè)。改變向量存儲(chǔ)方法后可以改變向量存儲(chǔ)方法后可以(ky)(ky)得到如下的時(shí)空?qǐng)D：得到如下的時(shí)空?qǐng)D：P4P3P2P1M7M6M5M4M3M2M1M0 12 3456789 10 11 12 13改變向量存儲(chǔ)方法后的處理機(jī)時(shí)序圖改變向量存儲(chǔ)方法后的處理機(jī)時(shí)序圖 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 RB5 RB5 RA7 RA7 W3 W3 RB4 RB4 RA6 RA6 W2 W2 RB3 RB3 RA5 RA5 W1 W1 R

49、B2 RB2 RA4 RA4 W0 W0 RB1 RB1 RA3 RA3 RB0 RB0 RA2 RA2 W6 RA1 RA1 RB7 RB7 W5 W5 RA0 RA0 RB6 RB6 W4 W4 W6W7W714 15第126頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十七頁(yè)，共177頁(yè)。n y工作的單功能流水線，可分別工作的單功能流水線，可分別流水地進(jìn)行地址、向量、標(biāo)量流水地進(jìn)行地址、向量、標(biāo)量的各種運(yùn)算。的各種運(yùn)算。第127頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十八頁(yè)，共177頁(yè)。第128頁(yè)/共177頁(yè)第一百二十九頁(yè)，共177頁(yè)。一個(gè)時(shí)鐘周期，即一個(gè)時(shí)鐘周期，即12.5 ns12.5 ns。第129頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十

50、頁(yè)，共177頁(yè)。以每拍向功能部件提供一個(gè)數(shù)以每拍向功能部件提供一個(gè)數(shù)據(jù)元素，或者每拍接收一個(gè)從據(jù)元素，或者每拍接收一個(gè)從功能部件來(lái)的結(jié)果元素。功能部件來(lái)的結(jié)果元素。第130頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十一頁(yè)，共177頁(yè)。作用：用于向量的歸并、壓縮、作用：用于向量的歸并、壓縮、還原和測(cè)試操作、對(duì)向量某些還原和測(cè)試操作、對(duì)向量某些元素的單獨(dú)運(yùn)算等。元素的單獨(dú)運(yùn)算等。第131頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十二頁(yè)，共177頁(yè)。3 3）只要不出現(xiàn)）只要不出現(xiàn)ViVi沖突和功能部沖突和功能部件沖突，各件沖突，各ViVi之間和各功能部之間和各功能部件之間都能并行工作，大大加件之間都能并行工作，大大加快了向量快了向量(xi

51、ngling)(xingling)指令的指令的處理。處理。第132頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十三頁(yè)，共177頁(yè)。第133頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十四頁(yè)，共177頁(yè)。第134頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十五頁(yè)，共177頁(yè)。采用多處理機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步提采用多處理機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高高(t go)性能。性能。第135頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十六頁(yè)，共177頁(yè)。浮點(diǎn)部件：浮點(diǎn)加，浮點(diǎn)乘，浮點(diǎn)部件：浮點(diǎn)加，浮點(diǎn)乘，浮點(diǎn)求倒數(shù)浮點(diǎn)求倒數(shù)標(biāo)量部件：標(biāo)量加，移位，邏標(biāo)量部件：標(biāo)量加，移位，邏輯運(yùn)算，輯運(yùn)算，數(shù)數(shù)“1”/計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)地址運(yùn)算部件：整數(shù)加，整數(shù)地址運(yùn)算部件：整數(shù)加，整數(shù)乘乘第136頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十七頁(yè)，共177

52、頁(yè)。結(jié)果作為下一條結(jié)果作為下一條(y tio)指令指令的源操作數(shù)傳送給乘法運(yùn)算的源操作數(shù)傳送給乘法運(yùn)算功能部件，那么就能使兩個(gè)功能部件，那么就能使兩個(gè)功能部件鏈接起來(lái)工作。功能部件鏈接起來(lái)工作。第137頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十八頁(yè)，共177頁(yè)。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A B CV0V1V2V3 1 2 3 4 5 6訪存訪存口口 1 2 3 4 5 6浮點(diǎn)加浮點(diǎn)加 1 2 3 4 5 6 7 D V4浮點(diǎn)乘浮點(diǎn)乘第138頁(yè)/共177頁(yè)第一百三十九頁(yè)，共177頁(yè)。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A B CV0V1V2V3 1 2 3 4 5 6訪存訪存口口 1 2 3 4 5 6浮點(diǎn)加浮點(diǎn)加 1 2 3 4 5 6 7 D

53、 V4浮點(diǎn)乘浮點(diǎn)乘1. 3條指令條指令(zhlng)全部用串行方法執(zhí)行，則執(zhí)行時(shí)間為：全部用串行方法執(zhí)行，則執(zhí)行時(shí)間為： （161）N1（161）N1 （171）N1 = 3N 22 （拍）（拍）2. 前兩條指令前兩條指令(zhlng)并行執(zhí)行，然后再串行執(zhí)行第并行執(zhí)行，然后再串行執(zhí)行第3條指令條指令(zhlng)，則執(zhí)行時(shí)間為：，則執(zhí)行時(shí)間為： （161）N1（171）N1 = 2N 15 （拍）（拍）3. 第第1、2條向量指令并行執(zhí)行，并與第條向量指令并行執(zhí)行，并與第3條指令鏈接執(zhí)行。從訪存開(kāi)始到把第一個(gè)結(jié)果元素存入條指令鏈接執(zhí)行。從訪存開(kāi)始到把第一個(gè)結(jié)果元素存入V4所需的拍數(shù)（亦稱(chēng)為鏈接

54、流水線的建立時(shí)間）為：所需的拍數(shù)（亦稱(chēng)為鏈接流水線的建立時(shí)間）為： （161） （171） = 17 （拍）（拍）3條指令的執(zhí)行時(shí)間為：條指令的執(zhí)行時(shí)間為： （161） （171） （N1） = N16 （拍）（拍）V3 AV2 V0 + V1 V4 V2 * V3第139頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十頁(yè)，共177頁(yè)。向量指令的向量長(zhǎng)度必須相等，向量指令的向量長(zhǎng)度必須相等，否則無(wú)法進(jìn)行鏈接否則無(wú)法進(jìn)行鏈接(lin ji)。n4）只有在前一條指令的第一）只有在前一條指令的第一個(gè)結(jié)果元素送入結(jié)果向量寄存?zhèn)€結(jié)果元素送入結(jié)果向量寄存器的那一個(gè)時(shí)鐘周期才可以進(jìn)器的那一個(gè)時(shí)鐘周期才可以進(jìn)行鏈接行鏈接(lin j

55、i)。第140頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十一頁(yè)，共177頁(yè)。答案：答案：C第141頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十二頁(yè)，共177頁(yè)。為分段開(kāi)采技術(shù)。為分段開(kāi)采技術(shù)。例例.設(shè)設(shè)A和和B是長(zhǎng)度為是長(zhǎng)度為N的向量的向量(xingling)，考慮在，考慮在Cray-1向向量量(xingling)處理器上實(shí)現(xiàn)處理器上實(shí)現(xiàn)以下的循環(huán)操作：以下的循環(huán)操作： DO 10 I = 1，N 10 A（I）= 5.0 * B（I）+ C第142頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十三頁(yè)，共177頁(yè)。 余數(shù)余數(shù)(ysh)L：第143頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十四頁(yè)，共177頁(yè)。處理處理(chl)(chl)余余數(shù)部分?jǐn)?shù)部分, ,計(jì)算計(jì)算L L個(gè)元素個(gè)元素 第144頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十五頁(yè)，共177頁(yè)。循環(huán)循環(huán)K次次,分段分段(fn dun)處理處理第145頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十六頁(yè)，共177頁(yè)。最多可包含最多可包含16個(gè)向量處理機(jī)個(gè)向量處理機(jī)第146頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十七頁(yè)，共177頁(yè)。第147頁(yè)/共177頁(yè)第一百四十八頁(yè)，共177頁(yè)。 n建立段建立段 第第1個(gè)元素個(gè)元素 通過(guò)流水線通過(guò)流水線 2TsTvf (n-1)Tc其中，其中，建立建立(jinl)段段Ts是為向量指令的執(zhí)行進(jìn)行準(zhǔn)備的階段。是為向量指令的執(zhí)行進(jìn)行準(zhǔn)備的階段。第二段第二段Tvf是使被處理的向量中第一個(gè)（對(duì)）元素通過(guò)流水線所花費(fèi)的時(shí)間。是使被處理的