《计算机体系结构》第3章流水线技术.pptx
第三章流水线技术
第三章流水线技术
3.1流水线的基本概念
3.2DLX的基本流水线
◆DLX流水线
◆流水线性能分析
3.3流水线中的相关
◆结构相关
◆数据相关
◆控制相关
3.4MIPSR4000流水线计算机3.5向量处理机
第三章流水线技术
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
4分钟
方案一：工序1工序2工序3工4
工序1工序2工序3工4
工序1工序2工序3工
工序1工序2工序3工於4
方案二：1分钟1分钟1分钟1分钟
工序1工序2工序3工序4
2008年2月同济大学软件学院→4/212會
工序4
工序3
工序2
工序1
◆这种流水工作方式的主要特点
2008年2月同济大学软件学院
O
→5/212會
◆流水线生产过程的抽象描述
3.1流水线的基本概念
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
当分析部件完成上一条指令的“分析”后，就立即将之送入执行部件，同时分析部件
可以开始处理下一条指令。
虽然从执行一条指令的全过程来看，仍需要2△t的时间，但从机器的输出端来看，却是每隔一个△t就能给出一条指令的执行结果。
2008年2月同济大学软件学院→7/212會
处理机的速度
提高了一倍!
执行部件
时间为△t
指令流水线
分析执行
一条指令的解释过程
2△t
分析部件
时间为△t
3.1流水线的基本概念
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
浮点加法流水线
求阶差对阶尾数相加规格化
浮点加法指令的解释过程
加法部件的速度
提高了3倍!
△t△t△t△t
求阶差对阶尾数相加规格化
虽然每个加法操作所需的总时间都是4△t,但在加法器的输出端，却是每隔一个△t就给出一个加法结果。
3.1流水线的基本概念
4.时一空图
时一空图从时间和空间两个方面描述了流水线的工作过程。时一空图中，横坐标代表时间，纵坐标代表流水线的各个段。
流水线的时-空图
流水线的工作过程常用时(间)-空(间)图来描述。下面以浮点加法流水线的时-空图为例来说明。
第1段第2段第3段第4段
求阶差对阶尾数相加规格化
△t△t△t△t
浮点加法流水线
空间(段)
2008年2月同济大学软件学院→212會
5s7
S7
7
」
8910
规格化
尾数相加
对阶
求阶差
1
12
23
23
2
3
4
5
5
4
5
6
7
7
时间：
(单位为△t)
1
2
3
4
4
2
1
0
1
1
3
4
5
6
43
6
3.1流水线的基本概念
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
(2)每称米流程线静用陈度能段实现；
3.1流水线的基本概念
(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