第5章 流水處理機(jī)

第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念第二章 數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)第三章 中斷與輸入輸出系統(tǒng)第四章 存儲(chǔ)體系第五章 重疊、流水和向量處理機(jī)第六章 并行處理機(jī)和相聯(lián)處理機(jī)第七章 多處理機(jī)第八章 具有現(xiàn)代特色的計(jì)算機(jī)1、并行性的含義： 并行性是指問題中具有可同時(shí)運(yùn)算或操作的特性。同時(shí)性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生；引言：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的并行性發(fā)展2、開發(fā)并行性的途徑：時(shí)間重疊：——讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，使之加快硬件使用的周轉(zhuǎn)來贏得速度。（流水線處理機(jī)）資源重復(fù)：——通過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高性能或可靠性。（并行處理機(jī)、相聯(lián)處理機(jī)）資源共享：——用軟件的方法讓多個(gè)用戶共用同一套資源，通過提高系統(tǒng)資源的利用率來提高系統(tǒng)的效率和性能。（多處理機(jī)）3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類：SISD——單指令流單數(shù)據(jù)流SingleInstructionStreamSingleDataStream流水線處理機(jī)CUPUMMISCSDSCUISCSDSDSDSSIMD——單指令流多數(shù)據(jù)流SingleInstructionStreamMultipleDataStream并行處理機(jī)MISD——多指令流單數(shù)據(jù)流MultipleInstructionStreamSingleDataStreamISCSDSMIMD——多指令流多數(shù)據(jù)流MultipleInstructionStreamMultipleDataStream多處理機(jī)ISCSDS一、重疊方式1、指令的順序方式與重疊方式解釋指令的順序解釋方式指的是指令與指令之間順序串行，指令內(nèi)的各個(gè)微操作之間也是順序串行的。優(yōu)點(diǎn)：每條指令轉(zhuǎn)入下一條指令的時(shí)間關(guān)系是確定的，指令間相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系易于得到控制和處理。缺點(diǎn)：程序解釋的速度低，系統(tǒng)內(nèi)各部件的時(shí)間利用率低。指令的重疊解釋方式是在相鄰的指令之間，讓取指令、分析指令、執(zhí)行指令等操作在時(shí)間上錯(cuò)開重疊的進(jìn)行，而指令內(nèi)部的微操作仍然是順序串行的。一次重疊：在任何時(shí)間都只有“執(zhí)行K”與“分析K+1”在時(shí)間上重疊。1234n1234n時(shí)間空間分析指令執(zhí)行指令采用“一次重疊”的好處是系統(tǒng)只需要一套指令分析部件和一套指令執(zhí)行部件，節(jié)省了硬件，也簡(jiǎn)化了指令之間的相關(guān)控制。為了使“一次重疊”方式的系統(tǒng)能有較高的重疊效率，應(yīng)使“分析”和“執(zhí)行”的時(shí)間盡可能調(diào)整成一樣的。重疊解釋不能加快每條指令的解釋速度，但在硬件增加不多的情形下，可以加快相鄰兩條指令以及整段程序的解釋，使系統(tǒng)的性能價(jià)格比有顯著提高。2、重疊方式對(duì)計(jì)算機(jī)組成的要求為解決“分析K+1”、“執(zhí)行K”在重疊時(shí)的訪主存沖突，可采用的辦法：①、分別設(shè)置各自獨(dú)立編址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和指令存儲(chǔ)器，讓存、取操作數(shù)和取指令可同時(shí)訪存。缺點(diǎn)：增加了總線控制和軟件設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。②、讓主存用邏輯上統(tǒng)一編址的多分體交叉訪問的并行組成方式。缺點(diǎn)：可能發(fā)生分體沖突，而使并行度受到限制③、在硬件上，增設(shè)有一定容量的指令緩沖器和數(shù)據(jù)緩沖器，讓主存插空將預(yù)取的指令存入指令緩沖器，或?qū)⒁獙懭氲臄?shù)據(jù)暫時(shí)存入數(shù)據(jù)緩沖器中。目前，多采用第二、三種辦法的組合。3．“一次重疊”方式的相關(guān)控制指令相關(guān)：下一條指令的內(nèi)容取決于上一條指令的執(zhí)行結(jié)果。 條件轉(zhuǎn)移指令與后繼指令存在著相關(guān)性，會(huì)使重疊效率下降。因此，程序中應(yīng)盡量減少條件轉(zhuǎn)移指令的使用。在需要使用條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，可采用“延遲轉(zhuǎn)移”的技術(shù)，由編譯程序生成目標(biāo)程序時(shí)，將條件轉(zhuǎn)移指令與其前面的指令交換位置，可使重疊效率不致下降。 另外因?yàn)橹噶钤诔绦虻膱?zhí)行過程中允許被修改（本條指令要等到之前的指令執(zhí)行完后才能修改形成好）也可能造成指令相關(guān)。解決這種指令相關(guān)的根本辦法是在機(jī)器中規(guī)定指令在執(zhí)行過程中不允許修改。但是，為了滿足用戶編程的靈活性，需要修改指令時(shí)，可以設(shè)置類似IBM370的“執(zhí)行”指令，將指令相關(guān)轉(zhuǎn)成操作數(shù)相關(guān)，統(tǒng)一按操作數(shù)相關(guān)來處理。數(shù)相關(guān)：主存空間的數(shù)相關(guān)：它是在相鄰指令之間出現(xiàn)了對(duì)主存同一單元要求在先的指令必須先完成寫，在后的指令才能讀的“先寫后讀”相關(guān)。由于發(fā)生主存空間數(shù)相關(guān)的概率很低，為此可以采取推后后繼指令對(duì)相關(guān)單元的讀操作的辦法來解決。通用寄存器組的數(shù)相關(guān)：推后后繼指令的分析；設(shè)置“相關(guān)專用通道”BC運(yùn)算器通用寄存器組數(shù)據(jù)總線相關(guān)專用通路

二、流水方式1、流水是重疊的引申“一次重疊”是把指令的解釋分成兩個(gè)子過程，讓相鄰的指令在時(shí)間上錯(cuò)開重疊的解釋，因此，“一次重疊”對(duì)速度的提高最多也只是順序方式的兩倍。流水則是把指令的解釋分成更多個(gè)（m個(gè)）子過程，讓相鄰的m條指令的解釋在時(shí)間上錯(cuò)開重疊。1234123412341234時(shí)間空間取指令指令譯碼取操作數(shù)指令執(zhí)行2、

流水線的分類部件級(jí)流水——處理機(jī)級(jí)流水——系統(tǒng)級(jí)流水部件機(jī)流水是指部件內(nèi)的各個(gè)子部件之間的流水，如分析部件內(nèi)部的取址、譯碼、地址形成和取數(shù)之間的流水；浮點(diǎn)加/減法運(yùn)算器內(nèi)的求階差、對(duì)階、尾數(shù)加/減和尾數(shù)規(guī)格化之間的流水；Cache存儲(chǔ)器內(nèi)查地址映象表進(jìn)行地址變換與訪物理Cache之間的流水處理機(jī)級(jí)流水是指構(gòu)成處理機(jī)的各個(gè)部件之間的流水，如取指、分析、執(zhí)行部件間的流水系統(tǒng)級(jí)流水是指處理機(jī)之間的流水，如宏流水，在任務(wù)、作業(yè)一級(jí)上的流水單功能流水——多功能流水單功能流水是指流水線內(nèi)各段固定連接，只能完成單一的一種功能多功能流水是指流水線中各個(gè)段可以有多種不同的連接，以實(shí)現(xiàn)多種不同的功能在多功能流水線的基礎(chǔ)上，靜態(tài)流水——?jiǎng)討B(tài)流水靜態(tài)流水是指在流水線內(nèi)各個(gè)段于同一時(shí)間里只能按其中的一種功能流水，只有等各個(gè)段全部空閑后，才能切換成按另一種功能的連接來流水，把功能負(fù)擔(dān)加到軟件調(diào)整上。動(dòng)態(tài)流水是指流水線的各個(gè)段可以同時(shí)為不同的功能服務(wù)，把功能負(fù)擔(dān)加到硬件控制上。123AABAABAAB123123123123123AAB輸入減階對(duì)階移位相加規(guī)格化相乘累加輸出時(shí)間空間線性流水——非線性流水線性流水線中各個(gè)段之間串行的連接，無反饋也無跳躍，每個(gè)任務(wù)流經(jīng)流水線中各個(gè)段均只有一次。非線性流水是指如果流水線中除有串行聯(lián)接的通路外，還有某種反饋回路，使一個(gè)任務(wù)流經(jīng)流水線時(shí)，需多次經(jīng)過某個(gè)段或越過某些段。1234向量流水機(jī)——標(biāo)量流水機(jī)標(biāo)量流水機(jī)則只有流水線，沒有向量數(shù)據(jù)表示，處理向量、數(shù)組時(shí)需要借用程序的循環(huán)和變址向量流水機(jī)是向量數(shù)據(jù)表示和流水線的結(jié)合3、流水線處理機(jī)的主要性能吞吐率和效率是反映流水機(jī)器性能的主要指標(biāo)吞吐率指的是在單位時(shí)間內(nèi)，流水線機(jī)器所能處理的數(shù)據(jù)、指令或任務(wù)的數(shù)目效率是指流水線中設(shè)備實(shí)際使用時(shí)間占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間之比，也稱為流水線設(shè)備的時(shí)間利用率；從時(shí)—空?qǐng)D上看，效率實(shí)際上就是n個(gè)任務(wù)占用的時(shí)—空區(qū)面積和m個(gè)段總的時(shí)—空區(qū)面積之比。12341234123412341234空間時(shí)間1234提高吞吐率的兩個(gè)措施：2123412341234123412341234空間時(shí)間1212223341、將瓶頸子過程再細(xì)化1342122231234123432141234空間時(shí)間12A2B2C342、重復(fù)設(shè)置多套瓶頸段并使之并聯(lián)1342A2B2C實(shí)際吞吐率：設(shè)一m段流水線的各段經(jīng)過時(shí)間均為△t0，則最大吞吐率TPmax是1/△t0；則完成n條指令共需要T=m*△t0+(n–1)*△t0

則實(shí)際吞吐率TP=n/(m*△t0+(n–1)*△t0)=Tpmax/(1+(m–1)/n)1234n1234n1234n1234n1234空間時(shí)間補(bǔ)充：用加速比表示流水線方式相對(duì)于非流水線順序串行方式速度提高的比值。非流水線順序串行方式：n*m*△t0

流水線方式：m*△t0+(n–1)*△t0

加速比：Sp=m/1+(m-1)/n結(jié)論：如果線性流水線的各段時(shí)間相同，僅當(dāng)n>>m時(shí)，即連續(xù)流入的任務(wù)數(shù)n遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流水線子過程數(shù)m的時(shí)候，其加速比才能趨于最大值，為流水線的段數(shù)m。假設(shè)指令的解釋分取指、分析和執(zhí)行3步，每步的時(shí)間相應(yīng)為t取指t分析t執(zhí)行，分別計(jì)算下列情況下，執(zhí)行完100條指令所需時(shí)間的一般關(guān)系式：①順序方式；②僅執(zhí)行k與取址k+1重疊；③取址k+2分析k+1和執(zhí)行k流水；當(dāng)t取指=t分析=2，t執(zhí)行=1當(dāng)t取指=t執(zhí)行=5，t分析=2取分析E取分析E取分析E取分析Et取指+100t分析+99max｛t取指，t執(zhí)行｝+t執(zhí)行取分析E取分析E取分析E取分析E……取分析E取分析Et取指+max｛t取指，t分析｝+98max｛t取指，t分析，t執(zhí)行｝+max｛t分析，t執(zhí)行｝+t執(zhí)行設(shè)有兩個(gè)向量A和B，各有4個(gè)元素，要在如下圖所示的靜態(tài)雙功能流水線上，計(jì)算向量點(diǎn)積A·B（a1*b1+a2*b2+a3*b3+a4*b4）。其中，1→2→3→5組成加法流水線，1→4→5組成乘法流水線。又設(shè)每個(gè)流水線所經(jīng)過的時(shí)間均為△t0

，而且流水線的輸出結(jié)果可以直接返回到輸入或暫存于相應(yīng)的緩沖寄存器中，其延遲時(shí)間和功能切換所需的時(shí)間都可以忽略不計(jì)。請(qǐng)求出流水線從開始流入到結(jié)果流出這段時(shí)間的實(shí)際吞吐率TP和效率η。123541234+++1234++++++1234+++空間時(shí)間12345實(shí)際吞吐率：7/15加速比：24△t0/15△t0=1.6效率：24△t0/75△t0=0.32空間時(shí)間123412345++++12345++++12345++++12345++++【｛(A1+A2)+(A3+A4)｝+(A9+A10)】+｛(A5+A6)+(A7+A8)｝空間時(shí)間1234123456789123456789123456789A*(B+C*(D+E*F))+G*H=A*B+A*C*D+A*C*E*F+G*HA*CE*F1*D1*2A*BG*H5+34+6吞吐率：3/8；效率：3/8；空間時(shí)間1234123456789123456778899123456789A*(B+C*(D+E*F))+G*H=A*B+A*C*D+A*C*E*F+G*HA*CE*F1*D1*2A*BG*H5+34+6吞吐率：3/8；效率：3/8；空間時(shí)間12341234576891234566778899123457689A*(B+C*(D+E*F))+G*H=A*B+A*C*D+A*C*E*F+G*HA*CE*F1*D1*2A*BG*H5+34+6吞吐率：3/8；效率：3/8；A1*B1+A2*B2+A3*B3+A4*B4+A5*B5+A6*B6+A7*B7+A8*B8空間時(shí)間+++++++12345678空間時(shí)間⑴、（8+7）*5=75；+++++++12345678乘法加法乘法加法⑵、（2+7）*5=45；乘法加法1456714567145671456714567181818181812空間時(shí)間空間時(shí)間+++++++++++++++++++++++++++++++++++12345678123456781234567812345678123456781+2;3+4;5+6;12+7;34+8;56+127;348+125674、流水線的任務(wù)調(diào)度——非線性流水線預(yù)約表：二維的預(yù)約表其實(shí)就是一個(gè)任務(wù)在流水時(shí)的時(shí)空?qǐng)D；延遲禁止表：將流水線中所有各段對(duì)一個(gè)任務(wù)流過時(shí)會(huì)爭(zhēng)用同一段的節(jié)拍間隔數(shù)匯集在一起，就構(gòu)成一個(gè)延遲禁止表；初始沖突向量：由延遲禁止表可轉(zhuǎn)換得到初始沖突向量；沖突向量中第I位的狀態(tài)用以表示與當(dāng)時(shí)相隔I拍給流水線送入后繼任務(wù)是否會(huì)發(fā)生功能段的使用沖突；如果不會(huì)發(fā)生沖突，令該位為0，表示允許送入，否則，讓該位為1，表示禁止送入。如果每個(gè)任務(wù)通過流水線需要n拍，則沖突向量取n–1位。由初始沖突向量可以得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。預(yù)約表打√最多的行是流水線的性能瓶頸，其√的個(gè)數(shù)實(shí)際上限定了流水線可達(dá)到的最短平均間隔拍數(shù)。t0t1t2t3t4t5t6t7t8s1**s2**s3***s4**s5**123456123456121234345656123456123142536456t1t2t3t4t5t6t7t8t9s1**s2**s3***s4**s5**100011011010111110001111調(diào)度方案平均延遲2，53.52，74.5556，55.5666，76.5775，23.5257657576由初始狀態(tài)出發(fā)，構(gòu)成一種間隔拍數(shù)呈周期性重復(fù)的方案1000110100100011100011010000010010001101000000011000110100000010單功能流水線狀態(tài)圖禁止向量：8，1，3，4，5、流水機(jī)器的相關(guān)——全局性相關(guān)和局部性相關(guān)全局性相關(guān)：轉(zhuǎn)移指令與其后繼指令之間的相關(guān)發(fā)生全局性相關(guān)時(shí)，不僅不能同時(shí)解釋，還會(huì)使指令緩沖器所預(yù)取的指令全部作廢，重新花較長(zhǎng)的時(shí)間再去訪問主存取出指令；它對(duì)流水線性能的下降有著至關(guān)重要的影響；局部性相關(guān)：指令相關(guān)、主存數(shù)相關(guān)、通用寄存器組的數(shù)相關(guān)、基（變）址值相關(guān)等；這些相關(guān)都只影響到使相關(guān)的指令在某些功能段上停留等待一段時(shí)間，不會(huì)影響到使流水線需要等待，去重新訪問主存取指令。這樣，它們對(duì)流水線的吞吐率和效率的下降的影響是局部的，所以稱為局部性相關(guān)。⑴、流水線全局性相關(guān)的處理①猜測(cè)法——猜選I+1和p中的一個(gè)分支繼續(xù)流入流水線；為了猜錯(cuò)時(shí)使猜測(cè)流入流水線的那些指令都作廢其部分解釋，恢復(fù)成解釋之前的原始現(xiàn)場(chǎng)，我們使用后援寄存器—讓流入流水線的指令，其所有可能被破壞的原始內(nèi)容都保存在后援寄存器中，一旦猜錯(cuò)了，只需很少的時(shí)間，用后援寄存器的內(nèi)容來恢復(fù)就可以了。為了猜錯(cuò)后能盡快轉(zhuǎn)入p分支流水，可設(shè)置轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令緩沖器，以便在猜測(cè)流水的同時(shí)就預(yù)取p、p+1等指令，并將它們存入轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令緩沖器中。這樣，一旦猜錯(cuò)時(shí)，就不必再去訪問存儲(chǔ)器，只需直接從轉(zhuǎn)移目標(biāo)指令緩沖器中取出指令即可，以減少此時(shí)流水線的空等時(shí)間。②加快條件轉(zhuǎn)移時(shí)條件碼的生成包括在單條指令內(nèi)部條件碼的提前形成和在程序段內(nèi)所用分支條件碼的提前形成。提前知道程序?qū)⒘飨蚰膫€(gè)分支，就可以減少猜錯(cuò)時(shí)，流水線效率的過分下降。也可以采用“延遲轉(zhuǎn)移”技術(shù)。依靠編譯技術(shù)，將轉(zhuǎn)移指令與其前面不相關(guān)的一條或多條指令對(duì)換一下位置，使成功轉(zhuǎn)移總是延遲到這一條或多條指令之后進(jìn)行，就可以使轉(zhuǎn)移造成的流水線性能的損失降低到最小。③加快對(duì)短循環(huán)程序的處理如果發(fā)現(xiàn)是一個(gè)短循環(huán)程序，就可將整個(gè)循環(huán)程序中的各條指令一次性全部裝入指令緩沖器中，并暫時(shí)停止指令的預(yù)取操作，以減少不必要的訪存次數(shù)。同時(shí)，讓流水線的循環(huán)出口恒猜選循環(huán)分支。空間時(shí)間123412345ABC12345ABC12345ABc12345ABC⑵、流水線局部性相關(guān)的處理由于局部性相關(guān)都是因?yàn)槌霈F(xiàn)“先寫后讀”引起的，因此，與重疊方式類似，可以采用推后對(duì)相關(guān)單元的讀操作和設(shè)置相關(guān)專用通路的辦法來解決。為了使流水線發(fā)生局部相關(guān)的指令在某個(gè)功能段處于停止等待時(shí)，后續(xù)不相關(guān)的指令可以越過它繼續(xù)向前流動(dòng)，以保證流水線仍有較高的吞吐率和效率，可以采用異步流動(dòng)控制方式——流入流水線的指令順序可以與流入流水線之前的指令順序不同流水線采用異步流動(dòng)方式后，會(huì)產(chǎn)生“寫—寫”相關(guān)和“先讀后寫”相關(guān)?！皩憽獙憽毕嚓P(guān)：指令之間對(duì)同一寄存器或存儲(chǔ)單元，要求在先的指令應(yīng)先寫好，在后的指令才能寫入的關(guān)聯(lián)。“先讀后寫”相關(guān)：指令之間要求對(duì)同一寄存器或存儲(chǔ)單元在先的指令應(yīng)先讀出，在后的指令才能寫入的關(guān)聯(lián)。流水機(jī)器處理局部性相關(guān)的一種典型的基本結(jié)構(gòu)是IBM360/91?？臻g時(shí)間讀寫123345123345123345123345空間時(shí)間1234351234351234351234356、流水機(jī)器的中斷處理中斷和轉(zhuǎn)移一樣，都會(huì)使流水線斷流。由于發(fā)生中斷的概率遠(yuǎn)比發(fā)生條件轉(zhuǎn)移的概率低，所以流水機(jī)器處理中斷的關(guān)鍵不在于如何縮短因中斷引起流水線斷流的時(shí)間，而是看如何保存好中斷時(shí)的斷點(diǎn)及中斷現(xiàn)場(chǎng)，以便在中斷返回后，能使程序從斷點(diǎn)處恢復(fù)正常工作。“不精確斷點(diǎn)”法——不管第I條指令在哪一段發(fā)出中斷請(qǐng)求，讓未流入流水線的指令不再流入，而已進(jìn)入流水線的指令繼續(xù)流完，然后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理程序，這種不精確的斷點(diǎn)對(duì)程序的設(shè)計(jì)和排錯(cuò)很不利。IBM360/91“精確斷點(diǎn)”法——不論指令I(lǐng)是在流水線中的哪一段響應(yīng)中斷，給中斷處理程序的現(xiàn)場(chǎng)全都是對(duì)應(yīng)I的，I之后流入流水線的指令的原有現(xiàn)場(chǎng)都能恢復(fù)?！熬_斷點(diǎn)”法需要設(shè)置大量的后援寄存器，以保證流水線內(nèi)各條指令的原有現(xiàn)場(chǎng)都能保存和恢復(fù)。Amdahl470/V6D=A*(B+C)三、向量的流水處理和向量處理機(jī)橫向（水平）處理方式：逐個(gè)求結(jié)果向量的各個(gè)元素；縱向（垂直）處理方式：將兩個(gè)向量先全部運(yùn)算完，得到一個(gè)中間結(jié)果向量后，再用此中間結(jié)果向量與其他向量運(yùn)算。7+N+7+N+8+N=22+3N訪存取A送入V3寄存器組V0(B)+V1(C)送入V2

V2*V3送入V4

訪存取A送入V3寄存器組V0(B)+V1(C)送入V2

V2*V3送入V4

7+N+8+N=15+2N訪存取A送入V3寄存器組V0(B)+V1(C)送入V2

V2*V3送入V4

8+8+N=16+N在向量處理機(jī)上，每條向量指令的內(nèi)部都是流水的；鄰近多條向量指令之間如果既無流水線功能部件的使用沖突，也無向量寄存器組Vi的使用沖突，則這些向量指令都可以同時(shí)并行流水。如果相鄰的多條向量指令之間無功能部件使用沖突，只有向量寄存器組Vi的先寫后讀相關(guān)，可以通過鏈接，實(shí)現(xiàn)指令之間大部分時(shí)間并行流水；鏈接：將前面指令的結(jié)果向量直接鏈入后續(xù)指令所用的流水線，使多個(gè)流水線功能部件鏈接，構(gòu)成一條大的流水線，從而使處理機(jī)有更高的性能。如果后續(xù)指令的兩個(gè)源向量寄存器組恰好是先行兩條指令的結(jié)果寄存器組，只要前面這兩條指令能設(shè)法調(diào)整到同一時(shí)鐘周期得到一對(duì)分量時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)鏈接。如果兩條向量指令的向量長(zhǎng)度不等，則不能鏈接。四、指令級(jí)高度并行的超級(jí)處理機(jī)結(jié)構(gòu)特性標(biāo)量超標(biāo)量超流水超長(zhǎng)指令字指令發(fā)射每周期1條每周期m條每周期1條*每周期1條是否與標(biāo)量機(jī)兼容/是是否是否要軟件支持/是否是（編譯系統(tǒng)）時(shí)鐘周期是否與標(biāo)量相同/是否（小于標(biāo)量）是CPI>1<1>1*<1流水線結(jié)構(gòu)一條多條一條一條1、超標(biāo)量(Superscalar)處理機(jī)：采用設(shè)置m條指令流水線同時(shí)并行，來實(shí)現(xiàn)度為m的。它是靠編譯時(shí)，由編譯程序來優(yōu)化編排指令的執(zhí)行順序，將可并行的指令搭配成組，硬件不調(diào)整所執(zhí)行指令的順序，以利于實(shí)現(xiàn)。2、超流水線(Superpipelining)處理機(jī)：采用多相的高頻時(shí)鐘。一臺(tái)度為m的超流水線處理機(jī)的時(shí)鐘只是基本機(jī)器周期的1/m。3、超長(zhǎng)指令字(VLIW)處理機(jī)：將水平型微碼和超標(biāo)量處理相結(jié)合。在編譯時(shí)，將多個(gè)能并行執(zhí)行的不相關(guān)或無關(guān)的操作組合在一起，形成一條有多個(gè)操作碼字段的超長(zhǎng)指令字。運(yùn)行時(shí)，直接控制機(jī)器中多個(gè)相互獨(dú)立的功能部件并行操作，來實(shí)現(xiàn)同時(shí)執(zhí)行多條指令。123456789101112123456789101112123456789101112取指分析執(zhí)行常規(guī)標(biāo)量流水處理機(jī)481237112610159481237112610159481237112610159取指分析執(zhí)行超標(biāo)量處理機(jī)（m=4）4812371126101594812371126101511481237112610159取指分析執(zhí)行5.75超流水線處理機(jī)（m=4）123123123123123123取指分析執(zhí)行超長(zhǎng)指令字處理機(jī)（m=4）復(fù)習(xí)指導(dǎo)：第五章重疊、流水和向量處理機(jī)概述：本章著重講述在計(jì)算機(jī)組成設(shè)計(jì)中，如何通過采用重疊和流水等控制方式來提高解釋機(jī)器語言程序的速度。在此基礎(chǔ)上，講述向量的流水處理方式、向量流水機(jī)的結(jié)構(gòu)。結(jié)合CRAY-1向量流水處理機(jī)，介紹通過讓向量指令之間并行或鏈接執(zhí)行來進(jìn)一步提高流水機(jī)的性能。最后簡(jiǎn)要介紹在指令級(jí)上發(fā)展高度并行的超標(biāo)量處理機(jī)、超長(zhǎng)指令字處理機(jī)和超流水線處理機(jī)的工作原理?；疽螅?、領(lǐng)會(huì)重疊方式的工作原理——采用重疊工作方式時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)在組成設(shè)計(jì)上的要求；