計算機組成原理之指令流水

2021-10-10 13:17:56 字數 1183 閱讀 5622

指令流水是指為提高處理器執行指令的效率,把一條指令的操作分成多個細小的步驟,每個步驟由專門的電路完成。

指令的序列執行

總有乙個部件空閒

指令的二級流水

若取指和執行階段時間上完全重疊,則指令週期減半,速度提高一倍

執行時間》取指時間

解決辦法:

在取指令部件和執行指令部件之間加上指令部件緩衝器,可將取出的多條指令放入指令部件緩衝器,執行部件在執行完成後直接從指令緩衝區中取指令,這樣取指部件不用一直等待執行部件。

資料相關

不同指令因操作重疊,可能改變運算元的讀/寫順序

讀/寫順序包括:

寫後讀相關

讀後寫相關

寫後寫相關

解決辦法:

①後推法

②採用旁路技術

控制相關

由轉移指令引起

吞吐率單位時間內流水線所完成指令或輸出結果的數量

加速比m段的流水線速度與等功能的非流水線的速度之比

效率流水線中各功能段的利用率

超標量技術

超流水線技術

超長指令字技術

指令流水線結構

完成一條指令分六段,每一段需要乙個時鐘週期

若流水線不出現斷流,則乙個時鐘週期出乙個結果

若不採用流水技術,六個時鐘週期出乙個結果

理想情況下,六級流水的速度是不採用流水技術的六倍

注意:流水段之間要加上鎖存器,用於儲存流水段前一段的操作結果,為下一段提供操作資訊和運算元據

運算流水線

例如,完成浮點加減運算可分為對階、尾數求和、規格化三段

分段原則:每段操作時間盡量一致

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