2016-第3章-3-增加内容流水线处理器设计教程.ppt

二、流水线转移指令控制;31 26;转移指令在ID级由专用加法器计算转移地址；条件转移指令同时判断转移条件。;向前转移和向后转移 100：load r1，0（r2） …… 227：bne 11111111111111111110000000 偏移量为-128，不为零转向100 …… 444：branch 00000000000000000011111111 偏移量为255，转向700 …… 700：add r4，r5，r6;无条件转移指令和条件转移指令的流水线操作;* 空操作指令（nop）：占用一个时钟周期的位置，而不对处理机状态产生任何影响。* 条件转移指令：需要EXE级结束产生的Z标志，故需要插入2条nop，如图1．23（a）。* 无条件转移指令：不需判断Z标志，只需要插入1条nop，如图1．23（b）。* 延迟指令：转移指令的下一条指令。模型机结构只有1条延迟指令（如果目标地址计算在EXE级，延迟指令有2条）。;1、无条件转移指令流水线执行过程 …… branch t1 nop …… t1： add r1, r1, 1 ;无条件转移指令的流水线操作——计算转移地址 ID级：计算转移目标地址，从IR获取偏移量进行符号扩展； IF级：nop被取出； BTAKEN=1，选择符号扩展偏移量disp；地址加法器计算转移目标地址，等时钟上升沿（本周期结束）将目标地址打入PC。;无条件转移指令的流水线操作——转向目标地址;无条件转移指令branch在ID级计算转移地址，所需要的控制信号： BTAKEN为1，转移地址= （PC）+ disp ;2、条件转移指令流水线执行过程： 无论是否转移延迟指令nop都要执行 Loop：add …… sub r1, r1, 1 nop bne/beq loop nop or …… ;图1．26 条件转移指令的流水线操作-——ALU计算条件Z（转移时）;图1．27 条件转移指令的流水线操作一一使用Z判断是否转移;　　bne或beq指令判断Z，以确定是否转移。 如果条件满足，BTAKEN为1，转移地址= （PC）+ disp 否则，BTAKEN为0，PC加1计算nop下一条顺序指令的地址。 在时钟上升沿到来时，计算出的地址被打人PC。若是转移目标地址，则从目标地址取出指令；否则取nop后的顺序指令。 　　综上所述，转移发生的条件（BTAKEN为1）为： BTAKEN＝branch + bne + beqZ BTAKEN在ID级产生，但要注意，产生Z的指令要早它两个周期。;三、流水线各级信号的产生;流水线处理机的数据路径和控制信号; BTAKEN = branch+bne +beqZ SST = store SIMM = andi+ori+addi+subi+load+store WZ = andi+ori+addi+subi+and+or+add+sub WMEM = store 　SLD = load 　WREG = andi+ori+addi+subi+and+or+add 　　　　 +sub+load;指令;;; BTAKEN = branch+bne +beqZ SST = store SIMM = andi+ori+addi+subi+load+store WZ = andi+ori+addi+subi+and+or+add+sub WMEM = store 　SLD = load 　WREG = andi+ori+addi+subi+and+or+add 　　　　 +sub+load ALUOP1 = add+addi+sub+subi+load+store ALUOP0 = or+ori+sub+subi ;思考题：各流水级存放控制信号的流水线寄存器有何异同？;*;A.3.4　结构相关及解决方法;相关（冒险）分类;相关总是可以用停顿解决;结构相关：流水段竞争;多重访问寄存器堆;在一