流水線基本概念ppt課件

1、1243.1流水線的根本概念3.1.1 根本概念 1. 1. 產(chǎn)品消費(fèi)流水線產(chǎn)品消費(fèi)流水線下面經(jīng)過(guò)一個(gè)例子來(lái)闡明流水線的益處下面經(jīng)過(guò)一個(gè)例子來(lái)闡明流水線的益處: : 兩種方案 兩種方案的任務(wù)過(guò)程對(duì)比第三章 流水線技術(shù)224324 流水線消費(fèi)過(guò)程的籠統(tǒng)描畫(huà) 這種流水任務(wù)方式的主要特點(diǎn)4242. 指令流水線把指令的解釋過(guò)程分解為把指令的解釋過(guò)程分解為“分析和分析和“執(zhí)行執(zhí)行兩個(gè)子過(guò)程，并讓這兩個(gè)子過(guò)程分別用獨(dú)立的分兩個(gè)子過(guò)程，并讓這兩個(gè)子過(guò)程分別用獨(dú)立的分析部件和執(zhí)行部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。析部件和執(zhí)行部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。理想情況：速度提高一倍理想情況：速度提高一倍3.1 流水線的根本概念5246243. 浮點(diǎn)加法流

2、水線把浮點(diǎn)加法的全過(guò)程分解為“求階差、“對(duì)階、“尾數(shù)相加、“規(guī)格化四個(gè)子過(guò)程，并讓它們分別用各自獨(dú)立的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。理想情況：速度提高3倍3.1 流水線的根本概念7243.1 流水線的根本概念8244. 時(shí)空?qǐng)D時(shí)空?qǐng)D從時(shí)間和空間兩個(gè)方面描畫(huà)了流水時(shí)空?qǐng)D從時(shí)間和空間兩個(gè)方面描畫(huà)了流水線的任務(wù)過(guò)程。時(shí)空?qǐng)D中，橫坐標(biāo)代表時(shí)間，線的任務(wù)過(guò)程。時(shí)空?qǐng)D中，橫坐標(biāo)代表時(shí)間，縱坐標(biāo)代表流水線的各個(gè)段?？v坐標(biāo)代表流水線的各個(gè)段。3.1 流水線的根本概念92410245. 流水技術(shù)流水技術(shù)是指：將一個(gè)反復(fù)的時(shí)序過(guò)程分解流水技術(shù)是指：將一個(gè)反復(fù)的時(shí)序過(guò)程分解成為假設(shè)干個(gè)子過(guò)程，而每個(gè)子過(guò)程都可有效地成為假設(shè)干個(gè)子過(guò)程

3、，而每個(gè)子過(guò)程都可有效地在在其公用功能段上與其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行。其公用功能段上與其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行。6流水技術(shù)的特點(diǎn)(1) (1) 流水過(guò)程由多個(gè)相聯(lián)絡(luò)的子過(guò)程組成，每個(gè)流水過(guò)程由多個(gè)相聯(lián)絡(luò)的子過(guò)程組成，每個(gè)子過(guò)程稱為流水線的子過(guò)程稱為流水線的“級(jí)或級(jí)或“段。段。“段段的數(shù)的數(shù)目稱為流水線的目稱為流水線的“深度。深度。(2) (2) 每個(gè)子過(guò)程由公用的功能段實(shí)現(xiàn)；每個(gè)子過(guò)程由公用的功能段實(shí)現(xiàn)；3.1 流水線的根本概念1124(4) (4) 流水線需求有流水線需求有“經(jīng)過(guò)時(shí)間第一個(gè)義務(wù)流出結(jié)果經(jīng)過(guò)時(shí)間第一個(gè)義務(wù)流出結(jié)果所所需的時(shí)間，在此之后流水過(guò)程才進(jìn)入穩(wěn)定任務(wù)狀需的時(shí)間，在此之后流水過(guò)程才進(jìn)入

4、穩(wěn)定任務(wù)狀態(tài)，每一個(gè)時(shí)鐘周期拍流出一個(gè)結(jié)果；態(tài)，每一個(gè)時(shí)鐘周期拍流出一個(gè)結(jié)果；(3) (3) 各個(gè)功能段所需時(shí)間應(yīng)盡量相等，否那么，時(shí)間各個(gè)功能段所需時(shí)間應(yīng)盡量相等，否那么，時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)的功能段將成為流水線的瓶頸，會(huì)呵斥流水線的的功能段將成為流水線的瓶頸，會(huì)呵斥流水線的 “堵塞和堵塞和“斷流。這個(gè)時(shí)間普通為一個(gè)時(shí)鐘斷流。這個(gè)時(shí)間普通為一個(gè)時(shí)鐘周期周期拍；拍；(5) (5) 流水技術(shù)適宜于大量反復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只需輸入流水技術(shù)適宜于大量反復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只需輸入端能延續(xù)地提供義務(wù)，流水線的效率才干充分發(fā)端能延續(xù)地提供義務(wù)，流水線的效率才干充分發(fā)揮。揮。3.1 流水線的根本概念13243.1.2 流水線的

5、分類流水線可以按不同的觀念進(jìn)展分類。 單功能流水線：只能完成一種固定功能的 流水線。 多功能流水線：流水線的各段可以進(jìn)展不同的 銜接，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。 例如： TI ASC的多功能流水線1按功能的多少來(lái)分3.1 流水線的根本概念1524在靜態(tài)流水線中，只需當(dāng)輸入是一串一樣在靜態(tài)流水線中，只需當(dāng)輸入是一串一樣的運(yùn)算操作時(shí)，流水的效率才干得到發(fā)揚(yáng)。的運(yùn)算操作時(shí)，流水的效率才干得到發(fā)揚(yáng)。動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示2按同一時(shí)間內(nèi)各段之間的銜接方式來(lái)分 靜態(tài)流水線：在同一時(shí)辰，流水線的各段只能 按同一種功能的銜接方式任務(wù)。 3.1 流水線的根本概念1624 動(dòng)態(tài)流水線：在同一時(shí)辰，流水線的各段可以 按不同功能

6、的銜接方式任務(wù)。 動(dòng)畫(huà)演示 這樣就不是非得一樣運(yùn)算的一串操作才干 流水處置。 優(yōu)點(diǎn)：能提高流水線的效率 缺陷：會(huì)使流水線的控制變得復(fù)雜3.1 流水線的根本概念 靜、動(dòng)態(tài)流水線時(shí)空?qǐng)D的對(duì)比18243按照流水線的級(jí)別來(lái)分 部件級(jí)流水線運(yùn)算操作流水線：把處置機(jī)的 算術(shù)邏輯部件分段，使得各種數(shù)據(jù)類型的操作能 夠進(jìn)展流水。 處置機(jī)級(jí)流水線指令流水線：把指令的解釋 執(zhí)行過(guò)程按照流水方式進(jìn)展處置。 例如：前面把指令解釋過(guò)程分解為： 分析和執(zhí)行 DLX的根本流水線把指令解釋過(guò)程分解為： 取指令、指令譯碼、執(zhí)行、訪存、寫(xiě)回。 (圖示)3.1 流水線的根本概念19243.1 流水線的根本概念2024 處置機(jī)間流水

7、線宏流水線：它是指由兩個(gè) 以上的處置機(jī)串行地對(duì)同一數(shù)據(jù)流進(jìn)展處置， 每個(gè)處置機(jī)完成一項(xiàng)義務(wù)。 動(dòng)畫(huà)解析3.1 流水線的根本概念21244按照數(shù)據(jù)表示來(lái)分 向量處置機(jī)：具有向量指令和向量數(shù)據(jù)表示的 處置機(jī)。 例如：TI ASC, CRAY-I 等 標(biāo)量處置機(jī)：不具有向量指令和向量數(shù)據(jù)表示， 僅對(duì)標(biāo)量進(jìn)展流水處置的處置機(jī)。 例如：IBM360/91, Amdahl 470V/6 等5. 5. 按照能否有反響回路來(lái)分按照能否有反響回路來(lái)分 線性流水線：流水線中的各段串行銜接，沒(méi) 有反響回路。 非線性流水線：流水線中的各段除有串行銜接 外，還有反響回路。 (舉例)3.1 流水線的根本概念22243.1 流水線的根本概念 流水線的調(diào)度問(wèn)題