計(jì)算機(jī)組成原理課件匯編

1、第八章第八章 CPU CPU 的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能8.1 CPU 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)8.3 指令流水指令流水8.2 指令周期指令周期一、一、 CPU 的功能的功能中央處理器簡稱中央處理器簡稱CPU，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。主要功能：程序的執(zhí)行（指令控制），信息的處理（數(shù)據(jù)加工）主要功能：程序的執(zhí)行（指令控制），信息的處理（數(shù)據(jù)加工），操作控制，時(shí)間控制，操作控制，時(shí)間控制，I/O設(shè)備的控制。設(shè)備的控制。1、控制器的功能、控制器的功能1取指令取指令 ；MCPU（IR）2分析指令分析指令 ；IR ID3執(zhí)行指令執(zhí)行指令 ；（2）對數(shù)據(jù)加工的控制）對數(shù)據(jù)加工的控制（1）控制指令的操作

2、過程）控制指令的操作過程1取操作數(shù)取操作數(shù) （I、M、R）放入）放入ALU2加工操作數(shù)加工操作數(shù)ALU3存放操作數(shù)存放操作數(shù)ALU（O、M、R）（3）狀態(tài)的檢測與處理）狀態(tài)的檢測與處理（4）總線管理）總線管理（5）處理異常情況和特殊請求）處理異常情況和特殊請求2、運(yùn)算器的功能、運(yùn)算器的功能實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算二、二、CPU 結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖PC IR指令控制指令控制操作控制操作控制時(shí)間控制時(shí)間控制數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)加工處理中斷處理中斷ALU 寄存器寄存器中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)1. CPU 與系統(tǒng)總線與系統(tǒng)總線CU 時(shí)序電路時(shí)序電路寄存器寄存器ALU 中斷中斷 系統(tǒng)系統(tǒng)CUCPU控制

3、總線控制總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線2. CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 算術(shù)和算術(shù)和布爾邏輯布爾邏輯取反取反移位移位狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志內(nèi)部內(nèi)部 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線CPU寄存器寄存器CU中斷中斷系統(tǒng)系統(tǒng)ALU控制信號控制信號三、運(yùn)算器三、運(yùn)算器 運(yùn)算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件。運(yùn)算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件。 運(yùn)算器主要由下列部件組成：運(yùn)算器主要由下列部件組成： 算術(shù)邏輯單元（算術(shù)邏輯單元（ALU） 完成二進(jìn)制信息的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算，移位完成二進(jìn)制信息的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算，移位操作。操作。 通用寄存器通用寄存器GR和狀態(tài)標(biāo)志寄存器和狀態(tài)標(biāo)志寄存器FR 存放數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間、最后結(jié)果

4、，各種狀態(tài)標(biāo)志。存放數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間、最后結(jié)果，各種狀態(tài)標(biāo)志。 有的有的CPU中包含浮點(diǎn)處理單元中包含浮點(diǎn)處理單元FALU 算術(shù)邏輯單元和通用寄存器的位數(shù)決定了算術(shù)邏輯單元和通用寄存器的位數(shù)決定了CPU的字長。的字長。運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算器基本結(jié)構(gòu)四、寄存器組（四、寄存器組（RegisterRegister） 寄存器寄存器R：是：是CPU中的重要組成部分，是中的重要組成部分，是CPU內(nèi)部的臨時(shí)內(nèi)部的臨時(shí)存儲單元。存儲單元。 存放內(nèi)容：數(shù)據(jù)、地址、控制信息、存放內(nèi)容：數(shù)據(jù)、地址、控制信息、CPU的工作狀態(tài)信的工作狀態(tài)信息。息。 寄存器數(shù)量的增加可以提高寄存器數(shù)量的增加可以提高CPU運(yùn)行速度。運(yùn)行速

5、度。 分類：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、標(biāo)志狀態(tài)寄存器、控分類：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、標(biāo)志狀態(tài)寄存器、控制寄存器和一些其它作用的寄存器。但總體可分為通用制寄存器和一些其它作用的寄存器。但總體可分為通用寄存器和專用寄存器兩大類。寄存器和專用寄存器兩大類。1）通用寄存器組）通用寄存器組 在運(yùn)算中存儲數(shù)據(jù)與地址在運(yùn)算中存儲數(shù)據(jù)與地址累加寄存器累加寄存器 AX（Accumulator）低位累加器低位累加器 AL（Low word Accumulator）變址寄存器變址寄存器 XR（Index Register）基址寄存器基址寄存器 BR（Base Register） 以以Intel 80486為例為例(

6、32位機(jī)位機(jī))，其通用寄存器有：，其通用寄存器有： EAX,EBX,ECX,EDX,EBP,ESP,ESI,EDI (16位機(jī)器為位機(jī)器為AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI) CS，DS，ES，SS，F(xiàn)S，GS (早期早期16位機(jī)器只有前位機(jī)器只有前4個(gè)）個(gè)）2 2）專用寄存器）專用寄存器 V D I T N Z A P C15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位輔助進(jìn)位位輔助進(jìn)位位零標(biāo)志位零標(biāo)志位結(jié)果符號位結(jié)果符號位單步標(biāo)志位單步標(biāo)志位中斷允許位中斷允許位方向標(biāo)志位方向標(biāo)志位溢出標(biāo)志位溢出標(biāo)志位 狀態(tài)標(biāo)志寄

7、存器狀態(tài)標(biāo)志寄存器SFR也叫標(biāo)志寄存器也叫標(biāo)志寄存器FR。每一位單。每一位單獨(dú)使用，稱為標(biāo)志位。它反映了獨(dú)使用，稱為標(biāo)志位。它反映了ALU當(dāng)前的工作狀態(tài)當(dāng)前的工作狀態(tài)或條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移條件。具體常用如下或條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移條件。具體常用如下： 指令寄存器指令寄存器IRIR（Instruction RegisterInstruction Register） 用于存放將要執(zhí)行的指令。用于存放將要執(zhí)行的指令。 指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC，又稱指令指針寄存器，又稱指令指針寄存器IP IP 。 用于產(chǎn)生和存放下條待取指令的地址。用于產(chǎn)生和存放下條待取指令的地址。 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SPSP

8、指示堆棧棧頂?shù)牡刂?。指示堆棧棧頂?shù)牡刂贰?變址寄存器變址寄存器XRXR 變址尋址中存放基礎(chǔ)地址的寄存器，如變址尋址中存放基礎(chǔ)地址的寄存器，如SISI、DIDI 段地址寄存器段地址寄存器SRSR 計(jì)算機(jī)內(nèi)存大時(shí)多把內(nèi)存存儲空間分成段計(jì)算機(jī)內(nèi)存大時(shí)多把內(nèi)存存儲空間分成段( (例例如如64KB)64KB)來管理，使用時(shí)以段為單位進(jìn)行分配。段地址來管理，使用時(shí)以段為單位進(jìn)行分配。段地址寄存器即是在段式管理中用來存放段地址的寄存器。寄存器即是在段式管理中用來存放段地址的寄存器。其他寄存器其他寄存器 根據(jù)根據(jù)CPUCPU結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)置的專用寄存器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)置的專用寄存器。五、五、 控制器的組成控制器的

9、組成 1）控制器的組成）控制器的組成 控制器是指揮與控制整臺計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)同工作、自動(dòng)控制器是指揮與控制整臺計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)同工作、自動(dòng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的部件。執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的部件。 基本功能基本功能 ：取指令、分析解釋指令、執(zhí)行指令（包括控制程：取指令、分析解釋指令、執(zhí)行指令（包括控制程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出、以及對異常情況和特殊請求的處理）。序和數(shù)據(jù)的輸入輸出、以及對異常情況和特殊請求的處理）。計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)上述三種基本操作，直到遇到停機(jī)指令或外計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)上述三種基本操作，直到遇到停機(jī)指令或外來的干預(yù)為止。來的干預(yù)為止。 組成組成：一般由程序計(jì)數(shù)器：一般由程序計(jì)數(shù)器PC(或指令指針寄存

10、器或指令指針寄存器IP)、指令寄、指令寄存器存器IR(或指令隊(duì)列或指令隊(duì)列)、指令譯碼器、指令譯碼器ID、控制邏輯電路（如啟停、控制邏輯電路（如啟停電路）和脈沖源及時(shí)鐘控制電路等組成。電路）和脈沖源及時(shí)鐘控制電路等組成。 起停線路 脈沖源 操作碼 地址碼 程序計(jì)數(shù)器 狀態(tài)寄存器 時(shí)序控制 信號形成部件 指令譯碼器 數(shù)據(jù)總線 DB 地址總線 AB 控制總線 CB 存儲器 I/O 數(shù)據(jù) 操作數(shù) 地址 指令 地址 轉(zhuǎn)移地址 指令 IR 指令寄存器 Reset CLK PC +1 運(yùn) 算 器 一、一、 指令周期的基本概念指令周期的基本概念1 . 指令周期指令周期取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間取出并執(zhí)

11、行一條指令所需的全部時(shí)間完成一條指令完成一條指令執(zhí)行執(zhí)行取指、分析取指、分析取指階段取指階段取指周期取指周期執(zhí)行階段執(zhí)行階段執(zhí)行周期執(zhí)行周期（取指、分析）（取指、分析）（執(zhí)行指令）（執(zhí)行指令）指令周期指令周期取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期2. 每條指令的指令周期不同每條指令的指令周期不同取指周期取指周期指令周期指令周期取指周期取指周期 執(zhí)行階段執(zhí)行階段指令周期指令周期取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期指令周期指令周期NOPADD mem MUL mem二、二、CPU的工作周期的工作周期 CPU訪問一次存儲器的時(shí)間稱為訪問一次存儲器的時(shí)間稱為CPU的工作周期。根的工作周期。根據(jù)據(jù)CPU訪存的目的

12、不同，可將訪存的目的不同，可將CPU的工作周期分別命名的工作周期分別命名1、取指周期、取指周期從存儲器中取出指令并保存在指令寄存器從存儲器中取出指令并保存在指令寄存器IR中。中。2、間址周期、間址周期取有效地址取有效地址3、執(zhí)行周期、執(zhí)行周期取或存操作數(shù)取或存操作數(shù)4、中斷周期、中斷周期為了保護(hù)程序斷點(diǎn)為了保護(hù)程序斷點(diǎn)三、指令周期流程三、指令周期流程取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期有間址嗎？有間址嗎？有中斷嗎？有中斷嗎？間址周期間址周期中斷周期中斷周期是是是是否否否否四四. CPU 工作周期的標(biāo)志工作周期的標(biāo)志取取 指令指令取取 地址地址取取 操作數(shù)操作數(shù)存存 程序斷點(diǎn)程序斷點(diǎn)取指周期取指周期

13、間址周期間址周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期中斷周期中斷周期FEDINDDINTDCLK1FE1IND1EX1INTEXDCPU 的的4個(gè)工作周期個(gè)工作周期 為了便于控制單元為了便于控制單元CU的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)(特別是組合邏輯設(shè)計(jì)特別是組合邏輯設(shè)計(jì))，分，分別用四個(gè)觸發(fā)器對應(yīng)這四個(gè)工作周期。若不采用指令流水技別用四個(gè)觸發(fā)器對應(yīng)這四個(gè)工作周期。若不采用指令流水技術(shù)，則四個(gè)工作周期是不會(huì)重疊的。術(shù)，則四個(gè)工作周期是不會(huì)重疊的。1. 取指周期數(shù)據(jù)流取指周期數(shù)據(jù)流五、五、 指令周期的數(shù)據(jù)流指令周期的數(shù)據(jù)流MDRCUMARPCIR存儲器存儲器CPU地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線IR+1 PCMAR A

14、B MCU CB MRDM DB MDR IRDATA2. 間址周期數(shù)據(jù)流間址周期數(shù)據(jù)流MDRCUMARCPU地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線PCIR存儲器存儲器MDRAd(IR)(或或MDR) MAR AB MCU CB MRDM DB MDR(存有效地址存有效地址)DATA3. 執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流4 . 中斷周期數(shù)據(jù)流中斷周期數(shù)據(jù)流不同指令的執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流不同不同指令的執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流不同MDRCUMARCPU地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線PC存儲器存儲器（SP）-1 SP MAR AB MCU CB MWRPC MDR DB M一、如何提高機(jī)器速

15、度一、如何提高機(jī)器速度1. 提高訪存速度提高訪存速度2. 提高提高 I/O 和主機(jī)之間的傳送速度和主機(jī)之間的傳送速度 提高整機(jī)處理能力提高整機(jī)處理能力高速芯片高速芯片Cache多體并行多體并行多總線多總線DMAI/O 處理機(jī)處理機(jī)通道通道高速器件高速器件改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，開發(fā)系統(tǒng)的并行性，開發(fā)系統(tǒng)的并行性中斷中斷3. 提高運(yùn)算器速度提高運(yùn)算器速度高速芯片高速芯片改進(jìn)算法改進(jìn)算法快速進(jìn)位鏈快速進(jìn)位鏈二、系統(tǒng)的并行性二、系統(tǒng)的并行性時(shí)間上互相重疊時(shí)間上互相重疊2. 并行性的等級并行性的等級指令級（指令之間）指令級（指令之間）過程級（程序、進(jìn)程）過程級（程序、進(jìn)程）兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在兩個(gè)

16、或兩個(gè)以上事件在 同一時(shí)刻同一時(shí)刻 發(fā)生發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在 同一時(shí)間段同一時(shí)間段 發(fā)生發(fā)生并行并行1. 并行的概念并行的概念粗粒度粗粒度軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度細(xì)粒度硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)并發(fā)并發(fā)同時(shí)同時(shí)取指令取指令 3執(zhí)行指令執(zhí)行指令 3三、指令流水原理三、指令流水原理2.流水線方式流水線方式1. 指令的串行執(zhí)行指令的串行執(zhí)行取指令取指令 取指令部件取指令部件 完成完成總有一個(gè)部件總有一個(gè)部件 空閑空閑執(zhí)行指令執(zhí)行指令 執(zhí)行指令部件執(zhí)行指令部件 完成完成取指令取指令 2執(zhí)行指令執(zhí)行指令 2取指令取指令 1執(zhí)行指令執(zhí)行指令 1硬件控制簡單，但速度慢，各功能操作部件利用效率低。

17、硬件控制簡單，但速度慢，各功能操作部件利用效率低。流水線是將一個(gè)較復(fù)雜的處理過程分成流水線是將一個(gè)較復(fù)雜的處理過程分成m個(gè)復(fù)雜程度相當(dāng)、個(gè)復(fù)雜程度相當(dāng)、處理時(shí)間大致相等的子過程，每個(gè)子過程由一個(gè)獨(dú)立的功能處理時(shí)間大致相等的子過程，每個(gè)子過程由一個(gè)獨(dú)立的功能部件來完成，處理對象在各子過程連成的線路上連續(xù)流動(dòng)。部件來完成，處理對象在各子過程連成的線路上連續(xù)流動(dòng)。在同一時(shí)間，在同一時(shí)間，m個(gè)部件同時(shí)進(jìn)行不同的操作，完成對不同子個(gè)部件同時(shí)進(jìn)行不同的操作，完成對不同子過程的處理。過程的處理。計(jì)算寫回計(jì)算寫回取數(shù)取數(shù)計(jì)算地址計(jì)算地址取指取指 流水線每段時(shí)間取時(shí)間最長段的時(shí)間流水線每段時(shí)間取時(shí)間最長段的時(shí)間

18、 把時(shí)間較短的幾段合并為一段把時(shí)間較短的幾段合并為一段 把時(shí)間較長的段分解為若干段把時(shí)間較長的段分解為若干段 采用空間重疊的方法采用空間重疊的方法裝入時(shí)間裝入時(shí)間 排空時(shí)間排空時(shí)間 必須等必須等 上條上條 指令執(zhí)行結(jié)束，才能確定指令執(zhí)行結(jié)束，才能確定 下條下條 指令的地址指令的地址 造成時(shí)間損失造成時(shí)間損失3. 影響指令流水效率加倍的因素影響指令流水效率加倍的因素(1) 執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間 取指時(shí)間取指時(shí)間 (2) 條件轉(zhuǎn)移指令條件轉(zhuǎn)移指令 對指令流水的影響對指令流水的影響 解決辦法解決辦法 ？取指令取指令部件部件指令部件指令部件緩沖區(qū)緩沖區(qū)執(zhí)行指令執(zhí)行指令部件部件猜測法猜測法4. 指令的六級流

19、水指令的六級流水六級流水六級流水14 個(gè)時(shí)間單位個(gè)時(shí)間單位串行執(zhí)行串行執(zhí)行6 9 54 時(shí)間單位時(shí)間單位完成完成 一條指令一條指令6 個(gè)時(shí)間單位個(gè)時(shí)間單位COFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFI指令指令 1指令指令 2指令指令 3指令指令 4指令指令 5指令指令 6指令指令 7指令指令 8指令指令 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14t四、流水線的性能指標(biāo)四、流水線的性能指標(biāo) （1）流水線

20、的吞吐率）流水線的吞吐率 是衡量流水線速度的重要指標(biāo)。它是指在單位時(shí)間內(nèi)流水線是衡量流水線速度的重要指標(biāo)。它是指在單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量，或是輸出結(jié)果的數(shù)量。其公式為：所完成的任務(wù)數(shù)量，或是輸出結(jié)果的數(shù)量。其公式為：TP=nTP=nT TK K 其中，其中，n n為任務(wù)數(shù)，為任務(wù)數(shù)， T TK K 為處理完成為處理完成n n個(gè)任務(wù)所用的時(shí)間。個(gè)任務(wù)所用的時(shí)間。 一條一條K K段線性流水線能夠在段線性流水線能夠在k+n-1k+n-1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成n n個(gè)任務(wù)。個(gè)任務(wù)。所以所以TP=nTP=nT TK K = n = n（k+n-1k+n-1）t (2)流水線的加速比流

21、水線的加速比 完成同樣一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線完成同樣一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比。所用的時(shí)間之比。S=TS=T0 0 T TK K=kn=knt （k+n-1k+n-1）t =kn =kn(k+n-1)(k+n-1)30五、流水線中的主要問題五、流水線中的主要問題 流水過程中常會(huì)出現(xiàn)三種相關(guān)沖突，使流水線斷流水過程中常會(huì)出現(xiàn)三種相關(guān)沖突，使流水線斷流流/流水阻塞。流水阻塞。1、結(jié)構(gòu)相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān) 指多條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器時(shí)鐘周期內(nèi)爭用指多條指令進(jìn)入流水線后在同一機(jī)器時(shí)鐘周期內(nèi)爭用同一個(gè)功能部件所發(fā)生的沖突。同一個(gè)功能部件所發(fā)生的沖突。

22、解決辦法：解決辦法：使指令停頓一拍后再啟動(dòng)；使指令停頓一拍后再啟動(dòng)；增設(shè)一個(gè)功能部件。增設(shè)一個(gè)功能部件。312 2、數(shù)據(jù)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān) 在一個(gè)程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，在一個(gè)程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)的。例：的。例： ADD R0, R1, R2 ADD R4, R5, R0 ；第一條指令即將第一條指令即將“寫回寫回” 第二條指令即將第二條指令即將“執(zhí)行執(zhí)行” 解決方法：建立直接數(shù)據(jù)通道解決方法：建立直接數(shù)據(jù)通道 ，第一條指令的和已經(jīng)，第一條指令的和已經(jīng)計(jì)算出，從加法器直接取

23、數(shù)計(jì)算出，從加法器直接取數(shù)32寄存器組寄存器組鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器ALU 控制相關(guān)沖突是由轉(zhuǎn)移指令引起的。當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令控制相關(guān)沖突是由轉(zhuǎn)移指令引起的。當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，依據(jù)轉(zhuǎn)移條件的產(chǎn)生結(jié)果，可能為順序取下條指時(shí)，依據(jù)轉(zhuǎn)移條件的產(chǎn)生結(jié)果，可能為順序取下條指令；也可能轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)地址取指令，從而使流水令；也可能轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)地址取指令，從而使流水線線 發(fā)生斷流。發(fā)生斷流。 轉(zhuǎn)移處理技術(shù)轉(zhuǎn)移處理技術(shù)： 延遲轉(zhuǎn)移法延遲轉(zhuǎn)移法 由編譯程序重排指令序列來由編譯程序重排指令序列來 “先執(zhí)行再轉(zhuǎn)移先執(zhí)行再轉(zhuǎn)移”實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)移預(yù)測法轉(zhuǎn)移預(yù)測法 用硬件實(shí)現(xiàn)，依據(jù)指令過去的行為來預(yù)測將來的行為用硬件實(shí)現(xiàn)

24、，依據(jù)指令過去的行為來預(yù)測將來的行為3 3、控制相關(guān)、控制相關(guān)34 不精確斷點(diǎn)不精確斷點(diǎn)對中斷時(shí)還未進(jìn)入流水線的后續(xù)指令不允許對中斷時(shí)還未進(jìn)入流水線的后續(xù)指令不允許其再進(jìn)入，但已進(jìn)入流水線的指令仍執(zhí)行完畢。其再進(jìn)入，但已進(jìn)入流水線的指令仍執(zhí)行完畢。但是某些情況下會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，例如地址錯(cuò)、但是某些情況下會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，例如地址錯(cuò)、存儲器錯(cuò)、運(yùn)算錯(cuò)等中斷發(fā)生時(shí)，后續(xù)指令不應(yīng)存儲器錯(cuò)、運(yùn)算錯(cuò)等中斷發(fā)生時(shí)，后續(xù)指令不應(yīng)該執(zhí)行。該執(zhí)行。 精確斷點(diǎn)精確斷點(diǎn)僅執(zhí)行完當(dāng)前指令，不執(zhí)行流水線中的后續(xù)僅執(zhí)行完當(dāng)前指令，不執(zhí)行流水線中的后續(xù)指令。指令。六、流水線的多發(fā)技術(shù)六、流水線的多發(fā)技術(shù) 1. 超標(biāo)量技術(shù)超標(biāo)量技術(shù)

25、每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可 并發(fā)多條獨(dú)立指令并發(fā)多條獨(dú)立指令 不能調(diào)整不能調(diào)整 指令的指令的 執(zhí)行順序執(zhí)行順序配置多個(gè)功能部件配置多個(gè)功能部件 通過編譯優(yōu)化技術(shù)，把可并行執(zhí)行的指令搭配起來通過編譯優(yōu)化技術(shù)，把可并行執(zhí)行的指令搭配起來IF ID EX WR0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13t2. 超流水技術(shù)超流水技術(shù) 在在 一個(gè)時(shí)鐘周期一個(gè)時(shí)鐘周期 內(nèi)內(nèi) 再分段再分段 （ 3 段）段） 不能調(diào)整不能調(diào)整 指令的指令的 執(zhí)行順序執(zhí)行順序在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) 一個(gè)功能部件使用多次一個(gè)功能部件使用多次（ 3 次）次）靠編譯程序解決優(yōu)化問題靠編譯程序解決優(yōu)化問題流水線速度是原來速度的流水線速度是原來速度的 3 倍倍IF ID EX WR0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13t3. 超長指令字超長指令字 采用采用 多個(gè)處理部件多個(gè)處理部件具有具有 多個(gè)操作碼字段多個(gè)操作碼字段 的的 超長指令字超長指令字（可達(dá)幾百位）（可達(dá)幾百位） 由編譯程序由編譯程序 挖掘挖掘 出指令間出指令間 潛在潛在 的的 并行性并行性，將將 多