流水线技术_徐龙伟.pptx

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1、流水线的益处保持第九周（周五第八节）小组成员：徐龙伟12121407朱伟12121408陈曦12121276张崟121211338.流水线技术中主要要考虑哪些问题才能使流水的益处保持？流水线技术的出现流水线技术是提高系统吞吐率的一项强大的实现技术，并且不需要大量重复设置硬件。20世纪60年代早期的一些高端机器中第一次采用了流水线技术。第一个采用指令流水线的机器是IBM7030（又称作Stretch计算机）。后来的CDC 6600同时采用了流水线和多功能部件。到了20世纪80年代，流水线技术成为RISC处理器设计方法中最基本的技术之一。流水

2、线中的主要问题要使流水线具有良好的性能，必须使流水线畅通流动，不发生断流。但由于流水过程中会出现以下三种相关冲突，实现流水线的不断流是困难的，这三种相关是资源相关、数据相关和控制相关（P170）简介三种相关资源相关：所谓资源相关，是指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期争用同一个功能部件所发生的冲突。数据相关：在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关的。控制相关：控制相关是因为程序的执行方向可能被改变而引起的相关，有的时候，我们也称之为全局性相关。通常，一些功能部件没有完全流水化是产生

3、资源相关的基本原因。这时，当一个指令序列中的许多指令都要使用这样的功能部件时，指令就不能在流水线中连续启动处理了。另外一个导致流水线冲突的主要原因是，在系统中没有针对流水线中的所有指令组合情况，设置足够多的硬件资源。根据问题我们可以得出答案，解决此类问题需从两个方面入手：①将功能部件完全流水化②设置足够多的硬件资源资源相关我们在设计时是完全可以避免发生资源冲突的。而且，在其他因素相同的情况下，没有资源冲突的处理器总是比允许资源冲突存在的处理器具有更小的CPI。尽管如此，在具体设计时，很多情况下我们还是允许资源冲突的存在的，这主要有两个原因

4、，一是降低成本，另外，就是减小部件的延迟。流水化所有部件可能会使机器的成本超出人们的承受能力。如果在实际中，某些资源的冲突出现的不太频繁，可能就不值得我们为了完全避免他们的出现而付出很高的代价了。（CDC 7600和MIPS 2012）数据相关主要有3种，分别是指令相关、主存空间数相关和通用寄存器组相关。解决数据相关的方法主要有两种，一种是退后分析法，在遇到数据相关时，退后本条指令的分析，直至所需要的数据写入到相关的存储单元中。另一种方法是设置专用通路，即不必等待所需要的数据写入到相关的存储单元中，而是经专门设置的数据通路读取所需要的数据

5、。数据相关控制相关延迟转移法：由编译程序重排指令顺序来实现。基本思想是“先转移再执行”，即发生转移取时并不排空指令流水线，而是让紧跟在转移指令Ib之后已进入流水线的少数几条指令继续完成。如果这些指令是与Ib结果无关的有用指令，那么延迟损失时间片正好得到了有效地利用。转移预测法：硬件方面来实现，依据指令过去的行为来预测将来的行为。通过使用转移取和顺序取两路指令预取队列器以及目标指令cache，可将转移预测提前到取指阶段进行，以获得良好的效果。谢谢~