重叠流水和向量流水处理机.ppt

第 5 章 重叠、流水和向量流水处理机
重叠方式
流水方式
向量的流水处理与向量流水处理机
指令级高度并行的超级处理机
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本章要点
“一次重叠”方式中各种相关的处理；
流水线的时空图和性能分析；
流水的局部性相关处理，全局性相关处理
单功能非线性流水线的调度；
向量处理方法
增强向量处理性能的方法
采用链接技术，从访存开始到一个一个结果分
量输出所需的拍数。
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重叠方式
重叠原理和一次重叠
图 对一条机器指令的解释
取指令
分析
执行
。。。
t
一、顺序解释（sequence）：一条指令执行完再取下一条指令。
若各阶段执行时间相等，则共需3 n t
优点：控制简单，节省设备；
缺点：速度慢，机器各部件的利用率很低。
取k
分析k
执行k
取k+1
分析k+1
执行k+1
指令的解释方式一般分为顺序、重叠、流水三种。
设指令工作方式分成取指令、分析、执行指令阶段
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执行n条指令需：T=（1+2n）t；
优点：指令执行时间缩短了近1/2；功能部件的利用率也有
所提高；
缺点：需要增加一些部件，控制也要复杂些；
取k
分析k
执行k
分析k+1
取k+1
执行k+1
取k+2
分析k+2
执行k+2
二、重叠（Overlap）：在两条相近指令的解释过程中，某
些不同解释阶段在时间上存在重叠部分。
；
取k
分析k
执行k
分析k+1
取k+1
执行k+1
取k+2
分析k+2
执行k+2
；
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执行n条指令需要：T=（2+n）t
指令的执行时间缩短了近2/3，是一种比较理想的指令执行方式；
这种执行方式存在着访存冲突，要解决访主存的冲突问题,通常采用以下几种方式：
（1）主存分成两个独立编址的存储器，一个专门存放指令，一个专门存放操作数；
（2）指令和数据仍然混存在一个存储器中，采用多体交叉主存结构，不能根本解决;
(3）采用先行控制技术，增设采用先进先出方式工作的指令缓冲寄存器。
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3 一次重叠：把取指令操作隐含在分析、执行指令过程中，则
在任何时候只允许上条指令“执行”与下条指令“分析”相重叠。
分析k
执行k
执行k+1
分析k+1
连续执行n条指令所需时间为：T=（1+n）t；
实际达到这个速度是很难得，存在几个问题：
（1）各种类型的指令“分析”与“执行”所需时间差别很大；
从而导致相互等待。
（2）当出现转移指令或转移子程序指令时，程序的执行过
程就不是顺序的了，那么指缓中的内容以及已经分析完的
下一条指令都将作废；
（3）数据相关以及控制相关；
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三、先行控制
使分析和执行部件分别连续不断地运行，使部件空闲状态减至最低。
(a)重叠方式
分析k+1
分析k
执行k
执行k+1
分析k+2
执行k+2
分析部件空闲
执行部件空闲
分析k+1
分析k
执行k
分析k+2
(b)先行控制
执行k+1
执行k+2

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结果：解决了分析与执行时间不等长问题。
与重叠区别：分析和执行部件可同时处理两条不相邻指令。

增设指令缓冲栈，消除取指过程；
增设数据缓冲栈，保证不同指令的读、写操作并行；
增设先行操作栈，保证执行部件能连续执行。
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硬件结构：
主 存
存 控
指令分析器
指令缓冲栈
读数据缓冲区
执行
部件
先行操作栈
数据缓冲栈
写数据缓冲区
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相关处理
1. 转移指令的处理
采用延迟转移技术，将转移指令与条件转移无关的第k-1条指
令交换一下位置，即使转移成功也不会使重叠效率下降。
2. 指令相关的处理
“执行”指令是IBM 370机器为此设置的一条指令，其形式为
执行
R1
X2
B2
D2
当执行到“执行”指令时，按第二操作数(X2)+(B2)+D2地址取出操作数区中单元的内容作为指令来执行，。
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