计算机体系结构-第4章-流水线技术.ppt

3.5 流水线的实现 流水实现的数据通路 3.5 流水线的实现 寄存器的命名形式为：x.y 所包含的字段的命名形式为：x.y[s] 其中：x：流水寄存器名称 y：具体寄存器名称 s：字段名称 例如： ID/EX.IR：流水寄存器ID/EX中的子寄存器IR IRID/EX.IR[op]：该寄存器的op字段（即操作码字段） 流水寄存器的作用 将各段的工作隔开，使得它们不会互相干扰。 保存相应段的处理结果。 3.5 流水线的实现 例如： EX/MEM.ALUo：保存EX段ALU的运算结果 MEM/WB.LMD：保存MEM段从数据存储器读出的数据 向后传递后面将要用到的数据或者控制信息 所有有用的数据和控制信息每个时钟周期 会随着指令在流水线中的流动往后流动一段。 增加了向后传递IR和从MEM/WB.IR回送到通用寄存 器组的连接。 将对PC的修改移到了IF段，以便PC能及时地加 4，为取下一条指令做好准备。 3.5 流水线的实现 每一个流水段进行的操作 IR[rs]＝IR6..10 IR[rt]＝IR11..15 IR[rd]＝IR16..20 流水段 流水线的每个流水段的操作 所有指令类型 ALU 指令 load/store 指令 分支指令 IF ID EX IF/ID.IR ← Mem[PC] IF/ID.NPC, PC ← （if（（ EX/MEM.IR[op] == branch ） EX/MEM.cond）{EX/MEM.ALUo} else {PC+4}）； ID/EX.A ← Regs[IF/ID.IR[rs]]；ID/EX.B ← Regs[IF/ID.IR[rt]]； ID/EX.NPC ← IF/ID.NPC；ID/EX.IR ←IF/ID.IR； ID/EX.Imm ← （IF/ID.IR16)16##IF/ID.IR16..31； EX/MEM.IR ← ID/EX.IR； EX/MEM.ALUo ← ID/EX.A func ID/EX.B 或 EX/MEM.ALUo ← ID/EX.A op ID/EX.Imm； EX/MEM.IR ← ID/EX.IR； EX/MEM.ALUo ← ID/EX.A + ID/EX.Imm； EX/MEM.B←ID/EX.B； EX/MEM.IR ← ID/EX.IR； EX/MEM.ALUo ← ID/EX.NPC + ID/EX.Imm2； EX/MEM.cond ← （ID/EX.A ==0）； (动画演示) (动画演示) (动画演示) (动画演示) (动画演示) 流水段 任何指令类型 ALU 指令 load/store 指令 分支指令 MEM WB MEM/WB.IR ←EX/MEM.IR； MEM/WB.ALUo ← EX/MEM.ALUo； MEM/WB.IR ← EX/MEM.IR； MEM/WB.LMD ← Mem[EX/MEM.ALUo]； 或 Mem[EX/MEM.ALUo] ← EX/MEM.B； Regs[MEM/WB.IR[rd]] ← MEM/WB.ALUo； 或 Regs[MEM/WB.IR[rt]] ← MEM/WB.ALUo； Regs[MEM/WB.IR[rt]] ← MEM/WB.LMD； 流水线的每个流水段的操作 (动画演示) (动画演示) (动画演示) (动画演示) 3.5 流水线的实现 流水线的控制 主要是如何控制4个多路选择器。 MUX2：若ID/EX.IR中的指令是分支指令，则选择ID/EX.NPC，否则选ID/EX.A。 MUX3：若ID/EX.IR中的指令是寄存器－寄存器型ALU指令，则选ID/EX.B，否则选ID/EX.Imm。 MUX1：若EX/MEM.IR中的指令是分支指令，而且EX/MEM.cond为真，则选EX/MEM.ALUo，即分支目标地址，否则选PC+4。 MUX4：若MEM/WB.IR中的指令是load指令，则选MEM/WB.LMD，否则选MEM/WB.ALUo。 3.5 流水线的实现 第5个多路器：从MEM/WB回传至通用寄存器组的写入 地址应该是从MEM/WB.IR[rd] 和MEM/WB.IR[rt]中选 一个。 寄存器－寄存器型ALU指令：选择MEM/WB.IR[rd] ； 寄存器－立即数型ALU指令和load指令：选择MEM/WB.IR[rt] 。 解决数据冲突的问题 所有的数据冲突均可以在ID段检测到。 如果存在数据冲突，就在