计算机系统结构-流水线技术---3.1-流水线的基本概念.pptVIP

*／24 *／24 3.1 流水线的基本概念 3.1.1 基本概念 1. 产品生产流水线　　下面通过一个例子来说明流水线的好处: ◆ 两种方案 ◆ 两种方案的工作过程对比 第三章 流水线技术 促销标识体系 促销标识体系 ◆ 流水线生产过程的抽象描述 ◆ 这种流水工作方式的主要特点 促销标识体系 2. 指令流水线 　　把指令的解释过程分解为“分析”和“执行”两个子过程，并让这两个子过程分别用独立的分析部件和执行部件来实现。　　理想情况：速度提高一倍 3.1 流水线的基本概念 促销标识体系 促销标识体系 3. 浮点加法流水线 　　把浮点加法的全过程分解为“求阶差”、“对阶”、“尾数相加”、“规格化”四个子过程，并让它们分别用各自独立的部件来实现。　　理想情况：速度提高3倍 3.1 流水线的基本概念 促销标识体系 3.1 流水线的基本概念 促销标识体系 4. 时－空图 　　时－空图从时间和空间两个方面描述了流水线的工作过程。时－空图中，横坐标代表时间，纵坐标代表流水线的各个段。 3.1 流水线的基本概念 促销标识体系 促销标识体系 5. 流水技术 　　流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 6．流水技术的特点 (1) 流水过程由多个相联系的子过程组成，每个　　子过程称为流水线的“级”或“段”。“段”的数　　目称为流水线的“深度”。 (2) 每个子过程由专用的功能段实现； 3.1 流水线的基本概念 (4) 流水线需要有“通过时间”（第一个任务流出结果所　　需的时间），在此之后流水过程才进入稳定工作状　　态，每一个时钟周期（拍）流出一个结果； (3) 各个功能段所需时间应尽量相等，否则，时间长　　的功能段将成为流水线的瓶颈，会造成流水线的 　　“堵塞”和“断流”。这个时间一般为一个时钟周期　　（拍）； (5) 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入　　端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发　　挥。 3.1 流水线的基本概念 3.1.2 流水线的分类 　　流水线可以按不同的观点进行分类。 ◆ 单功能流水线：只能完成一种固定功能的　 流水线。◆ 多功能流水线：流水线的各段可以进行不同的　 连接，从而实现不同的功能。　 例如： TI ASC的多功能流水线 1．按功能的多少来分 3.1 流水线的基本概念 　　在静态流水线中，只有当输入是一串相同的运算操作时，流水的效率才能得到发挥。 动画演示 2．按同一时间内各段之间的连接方式来分 ◆ 静态流水线：在同一时刻，流水线的各段只能　　 　 按同一种功能的连接方式工作。 3.1 流水线的基本概念 ◆ 动态流水线：在同一时刻，流水线的各段可以 按不同功能的连接方式工作。　 动画演示　 这样就不是非得相同运算的一串操作才能　 流水处理。 　 优点：能提高流水线的效率 　 缺点：会使流水线的控制变得复杂 3.1 流水线的基本概念 ◆ 静、动态流水线时空图的对比 3．按照流水线的级别来分 ◆ 部件级流水线（运算操作流水线）：把处理机的　 算术逻辑部件分段，使得各种数据类型的操作能 够进行流水。 ◆ 处理机级流水线（指令流水线）：把指令的解释　 执行过程按照流水方式进行处理。 　 例如：前面把指令解释过程分解为：　 　分析和执行　　　 DLX的基本流水线把指令解释过程分解为： 　 取指令、指令译码、执行、访存、写回。 (图示) 3.1 流水线的基本概念 3.1 流水线的基本概念 ◆ 处理机间流水线（宏流水线）：它是指由两个　 以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，　 每个处理机完成一项任务。 　 动画解析　　 3.1 流水线的基本概念 4．按照数据表示来分 ◆ 向量处理机：具有向量指令和向量数据表示的　 处理机。　 　　例如：TI ASC, CRAY-I 等 ◆ 标量处理机：不具有向量指令和向量数据表示，　　　　 仅对标量进行流水处理的处理机。　　　 例如：IBM360/91, Amdahl 470V/6 等 5. 按照是否有反馈回路来分 ◆ 线性流水线：流水线中的各段串行连接，没　 有反馈回路。 ◆ 非线性流水线：流水线中的各段除有串行连接 外，还有反馈回路。 (举例) 3.1 流水线的基本概念 3.1 流水线的基本概念 ◆ 流水线的调度问题 *／24