1、一、指令流水原理,2. 指令的二級流水,1. 指令的串行執(zhí)行,取指令 取指令部件 完成,總有一個部件 空閑,指令預取,若 取指 和 執(zhí)行 階段時間上 完全重疊,指令周期 減半 速度提高 1 倍,執(zhí)行指令 執(zhí)行指令部件 完成,必須等 上條 指令執(zhí)行結(jié)束，才能確定 下條 指令的地址， 造成時間損失,3. 影響指令流水效率加倍的因素,(1) 執(zhí)行時間 取指時間,(2) 條件轉(zhuǎn)移指令 對指令流水的影響,解決辦法 ？,猜測法,4. 指令的六級流水,六級流水,14 個時間單位,串行執(zhí)行,6 9 54個時間單位,完成 一條指令,6 個時間單位,注釋,二、流水線性能,1. 吞吐率,單位時間內(nèi) 流水線所完成指令

2、 或 輸出結(jié)果 的 數(shù)量,最大吞吐率,實際吞吐率,連續(xù)處理 n 條指令的吞吐率為,2. 加速比 Sp,m 段的 流水線的速度 與等功能的 非流水線的速度 之比,由于流水線有 建立時間 和 排空時間 因此各功能段的 設備不可能 一直 處于 工作 狀態(tài),流水線中各功能段的 利用率,3. 效率,3. 效率,流水線中各功能段的 利用率,舉例 用一條5個功能段的浮點加法器流水線計算,分析首先需要考慮的是，10個數(shù)的的和最少需要做幾次加法。,每個功能段的延遲時間均相等，流水線的輸出端和輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，而且設置有足夠的緩沖寄存器。要求用盡可能短的時間完成計算，畫出流水線時空圖，并計算流水線的實際吞

3、吐率、加速比和效率。,我們可以發(fā)現(xiàn)，加法的次數(shù)是不能減少的：9次；,于是我們要盡可能快的完成任務，就只有考慮如何讓流水線盡可能充滿，這需要消除前后指令之間的相關。,由于加法滿足交換率和結(jié)合率，我們可以調(diào)整運算次序如以下的指令序列，我們把中間結(jié)果寄存器稱為R，源操作數(shù)寄存器稱為A，最后結(jié)果寄存器稱為F，并假設源操作數(shù)已經(jīng)在寄存器中，則指令如下：,I1：R1A1+A2 I2：R2A3+A4 I3：R3A5+A6 I4：R4A7+A8 I5：R5A9+A10 I6：R6R1+R2 I7：R7R3+R4 I8：R8R5+R6 I9：FR7+R8,這并不是唯一可能的計算方法。假設功能段的延遲為t。時-空

4、圖如下，圖中的數(shù)字是指令號。,3,2,1,4,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,5,5,5,5,5,6,6,6,6,6,7,7,7,7,7,8,8,8,8,8,9,9,9,9,9,21t,部件m,1,5,4,3,2,R1=A1+A2,R2=A3+A4,R3=A5+A6,R4=A7+A8,R5=A9+A10,R6=R1+R2,R7=R3+R4,R8=R5+R6,F=R7+R8,R1,R3,R5,R6,R7,R8,F,R2,R4,時間,整個計算過程需要21t，所以吞吐率為：,加速比為：,效率為：,課后思考,本課到此結(jié)束 謝謝大家,取指（FI）：從存儲器取出一條指令并暫時存入指令部件的緩沖區(qū)。 指令譯碼（DI）：確定操作性質(zhì)和操作數(shù)地址的形成方式。 計算操作數(shù)地址（CO）：計算操作數(shù)的有效地址，涉及到寄存器間址、間址、變址、基址、相對尋址等各種地址計算方式。 取操作數(shù)（FO）： 從存儲器中取操作數(shù)(若操作數(shù)在寄存器中