標(biāo)量流水線技術(shù)

標(biāo)量流水線技術(shù)第一頁，共八十七頁，2022年，8月28日第4章標(biāo)量流水線技術(shù)4.1概述4.2標(biāo)量流水線工作原理4.3指令級流水線第二頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.1概述4.1.1控制流及其改變4.1.2程序執(zhí)行過程中的重疊操作與先行控制第三頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.1.1控制流及其改變

所謂控制流是指被執(zhí)行的指令序列的處理順序，其地址由程序計數(shù)器PC給出，一條接著一條地執(zhí)行。在一般情況下，PC的值是時間的單調(diào)函數(shù)，如圖4.1（a）所示。但是當(dāng)遇上轉(zhuǎn)移類指令時，控制流將發(fā)生間斷，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)地址后又順序執(zhí)行，PC中的值如圖4.1（b）所示。通常，改變程序順序執(zhí)行的因素有多種，常見的有以下4種。圖4.1程序計數(shù)器PC與時間t的關(guān)系

第四頁，共八十七頁，2022年，8月28日（1）轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移指令可分為無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移兩種類型，且有多條，都是把轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送入程序計數(shù)器PC中，然后又順序執(zhí)行，如圖4.1（b）所示。（2）過程調(diào)用與返回即執(zhí)行被調(diào)用的過程或子程序，其入口地址送入PC中；返回時，返回地址送入PC，另外還有嵌套和遞歸。

（3）協(xié)同程序協(xié)同程序與過程調(diào)用程序有所不同，它是被調(diào)用過程未必從頭開始執(zhí)行，而是從上一次返回的位置開始，如圖4.2所示。（4）中斷與自陷中斷是由外部事件引起，自陷是由CPU的內(nèi)部原因引起，CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完后返回原來被中斷的程序。以上幾種情況都改變PC中的值，使控制流發(fā)生改變。圖4.2協(xié)同程序改變控制流第五頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.1.2程序執(zhí)行過程中的重疊操作與先行控制

1.程序執(zhí)行過程中的重疊操作在計算機運行的過程中，指令的解釋方式可分為三種，即順序、重疊和流水，依據(jù)不同的解釋方式，可以產(chǎn)生不同的工作方式和過程。下面僅介紹順序解釋方式和重疊解釋方式，流水線方式將在第4.2節(jié)介紹。（1）順序解釋方式順序解釋是最簡單的一種方式，它是一條指令執(zhí)行完后再去解釋下一條指令。早期的計算機多采用這種方式，指令執(zhí)行過程分為取指令、分析（譯碼）和執(zhí)行三個階段，順序進行，其示意如圖4.3所示。圖4.3順序執(zhí)行方式

第六頁，共八十七頁，2022年，8月28日

若取指令、分析和執(zhí)行所用的時間（周期）相等，設(shè)為t，則順序解釋執(zhí)行n條指令所需要的時間T=3×n×t。如果各部分時間表示為t取指、t分析和t執(zhí)行，則順序執(zhí)行n條指令所用的時間為：

（2）重疊解釋方式是在兩條相鄰指令的解釋過程中，存在某些時段可以重疊進行，其示意如圖4.4所示。圖4.4重疊執(zhí)行方法

T=∑(t取i+t分i+t執(zhí)i)ni=1（4.1）第七頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.5兩階段一次重疊工作方式圖(a)是一次重疊方式，執(zhí)行n條指令所用的時間為：T=(2n+1)t；圖(b)是二次重疊方式，執(zhí)行n條指令所用的時間為：

T=3t+(n-1)t=(n+2)t。

為實現(xiàn)重疊解釋方式，需要硬件支持，比如設(shè)置指令緩沖寄存器或稱指令隊列。又如程序與數(shù)據(jù)分別存儲，以便分別迅速讀取操作數(shù)。

若指令的解釋過程可分為兩個段，上述重疊解釋過程可如圖4.5所示。如果“分析”和“執(zhí)行”的時間相同，那么解釋執(zhí)行n條指令的時間為：

T=(n+1)t。第八頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.先行控制

在上述重疊解釋方式中假設(shè)“分析”和“執(zhí)行”的時間相等，但是實際的解釋執(zhí)行過程中，“分析”和“執(zhí)行”的時間往往不相等，如圖4.6(a)所示，這樣解釋執(zhí)行n條指令的時間為：

T=t分１＋∑［max(t分i，t執(zhí)i-1)］+t執(zhí)nni=2(4.2)圖4.6分析與執(zhí)行時間不相等和先行控制方式第九頁，共八十七頁，2022年，8月28日為解決重疊過程中的“空閑”，可采用先行控制技術(shù)，使“分析”和“執(zhí)行”分別連續(xù)進行，如圖4.6（b）所示。這時，執(zhí)行n條指令所需要的時間為：ni=1T先行=t分１＋∑t執(zhí)i(4.3)圖4.6分析與執(zhí)行時間不相等和先行控制方式第十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

為了實現(xiàn)“分析”和“執(zhí)行”分別連續(xù)進行，8086微處理器把CPU分為總線接口部件和執(zhí)行部件，且設(shè)置一個指令隊列，可在執(zhí)行第k條指令時由總線接口部件預(yù)取第k+1、k+2甚至k+2條指令。

圖4.7先行控制邏輯

以上可見，先行控制技術(shù)實質(zhì)上是預(yù)取處理技術(shù)和緩沖技術(shù)的結(jié)合，緩沖部件一般采用先進先出寄存器，其個數(shù)稱為緩沖深度。先行控制邏輯如圖4.7所示，其中緩沖區(qū)的深度一般應(yīng)滿足以下關(guān)系：D取指棧≥D操作數(shù)≥D讀?！軩寫棧第十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2標(biāo)量流水線工作原理4.2.1標(biāo)量流水線工作原理4.2.2標(biāo)量流水線分類4.2.3流水線性能分析4.2.4流水線中的主要障礙4.2.5流水線的實現(xiàn)與控制4.2.6流水線的動態(tài)調(diào)度第十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2.1標(biāo)量流水線工作原理1.標(biāo)量流水線工作原理如果能把指令的執(zhí)行過程細分為五個部分，如圖4.8所示。這五個部分由相應(yīng)的硬件來實現(xiàn)，因此也稱為五個子過程或狀態(tài)，用Si表示。這樣，前一條指令只要走出第一子過程，就可以讀取下一條指令……。于是，構(gòu)成標(biāo)量流水線工作方式。

圖4.8流水過程示意圖

第十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日

設(shè)每一子過程時間相同，指令流入，經(jīng)過五個子過程后從輸出端流出，若用二維坐標(biāo)表示，即可構(gòu)成如圖4.9所示時空圖，即空間與時間之間的二維關(guān)系圖。在理想情況下每經(jīng)一個時鐘周期指令向右移動一格，新的指令從左邊進入。經(jīng)過4個時鐘周期后五個部件全部工作，其中前4個時鐘周期稱為填入階段；以后，稱為填滿，即正常工作；最后，各條指令一一退出，稱為排空階段。若用m表示部件或空間段數(shù)，整個時間可為兩個部分。m△t是第一條指令流出時間，即流出第一個結(jié)果的時間；以后（n-1）△t中，每經(jīng)一拍流出一個結(jié)果。圖4.9流水線各段組成與時空圖

第十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

2.流水線工作特點概括起來，流水線的工作特點主要有以下幾點：（1）一條流水線通常由多個流水段組成；（2）在每一個流水段有專門的功能部件，對指令進行某種加工處理；（3）流水線的工作一般分為三個階段，即建立（填入）、填滿和排空；（4）在理想情況下，各流水段所需要的時間是相等的，流水線填滿后每隔△t時間就會有一個結(jié)果流出流水線。第十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2.2標(biāo)量流水線分類

③處理機流水線是一種宏流水過程，其中每一個處理機完成某一專門的任務(wù)，各處理機產(chǎn)生的結(jié)果存放到與下一個處理機共享存儲器中，如圖4.10所示。

圖4.10處理機流水線

從不同的角度來看，有不同的分類方式，大致有以下幾類。1.按照處理機分類按照處理機分類，流水線可以分為操作部件級、指令級和處理機級。①操作部件級流水線是按復(fù)雜的算術(shù)邏輯運算的過程構(gòu)成流水線，比如把浮點加法運算分成求階差、對階、尾數(shù)相加和結(jié)果規(guī)格化四個子過程。②指令級流水線是把一條指令的解釋執(zhí)行過程分成若干個子過程，比如前面所說的取指令、譯碼、執(zhí)行、訪存和寫回五個子過程。第十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.按照功能分類

按功能可分為單功能流水線和多功能流水線兩種。單功能流水線是所有設(shè)備按照一種模式工作，僅完成一種功能；多功能流水線是指構(gòu)成流水線的設(shè)備可不同組合，在不同的時間完成不同功能。圖4.11所示是TI-ASC計算機的流水結(jié)構(gòu)，可構(gòu)成多種流水線，比如定點加、浮點加、定點乘和浮點向量點積等。第十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.11多功能流水線的多種連接

第十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

3.按照工作方式分類按工作方式可分為靜態(tài)和動態(tài)流水線。靜態(tài)流水線是在同一時間內(nèi)只能以一種方式工作。其結(jié)構(gòu)可以是單功能，也可以是多功能。其中多功能結(jié)構(gòu)的流水線在同一時間只能進行一種工作；在從一種功能轉(zhuǎn)換成另一種功能時流水線必須排空。一般不希望流水線功能頻繁切換。動態(tài)流水線則允許在同一時間內(nèi)將不同的功能段連接成不同的子流水線集，以完成不同的運算功能。顯然，動態(tài)流水線必定是多功能流水線；單功能流水線必定是靜態(tài)流水線。第十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.按照連接方式分類

可分為線性流水線和非線性流水線。所謂線性流水線是指從輸入到輸出各功能部件只允許經(jīng)過一次，沒有反饋回路或者分支。非線性流水線是某些功能部件可能被反復(fù)使用，如圖4.12所示，S3的輸出可反饋到S2，S4的輸出可反饋到S1。顯然存在功能段使用沖突。

圖4.12非線性流水線示意圖

第二十頁，共八十七頁，2022年，8月28日流水線性能分析

目前，衡量流水線性能的技術(shù)指標(biāo)主要有三個，即吞吐率、效率和加速比。1.吞吐率Tp吞吐率是指單位時間內(nèi)處理機所能處理的任務(wù)數(shù)或者輸出的結(jié)果數(shù)，可分為最大吞吐率和實際吞吐率。（1）最大吞吐率若以△ti表示通過流水線各功能段所用的時間，那么在流水線穩(wěn)定后可獲得的最大吞吐率可表示為：顯然，△ti最大的一段將成為流水線的瓶頸。如果段的△ti相差不大，則屬于正常流水線。一般需要采取一定的措施，使各段的△ti趨于一致。(4.4)Tpmax=1max(△ti)ni=1第二十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日（2）流水線中的瓶頸如圖4.13(a)所示，由4個功能段構(gòu)成流水線，其中通過第1、2、4段所用的時間為△t，通過第3段所用的時間為3△t，則時空圖如圖4.13(b)所示。顯然，最大吞吐率將降為Tpmax=1/(3△t)。圖4.13帶瓶頸流水線及其消除時空圖第二十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日（3）消除瓶頸影響的方法為消除瓶頸影響可采取相應(yīng)的措施，比如把第3段細分，使之成為3段，每段所用的時間近乎于△t，如圖4.13(c)所示。這樣，可使6個任務(wù)依次進入流水線，使最大吞吐率仍然保持為Tpmax=1/△t。圖4.13帶瓶頸流水線及其消除時空圖第二十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日

也可采用空間重復(fù)因素，增設(shè)2個第3段，并列工作，如圖4.13(d)所示。這樣，連續(xù)的3個任務(wù)可分別通過S3a、S3b和S3c，其時空圖如圖4.13(e)所示?？稍谝欢ǔ潭壬蠝p輕瓶頸引起的吞吐率下降。圖4.13帶瓶頸流水線及其消除時空圖續(xù)第二十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日(4.5)Tp===nm△t+(n-1)△t1△t[1+(m-1)/n]Tpmax1+(m-1)/n(4.6)Sp====m△t+(n-1)△t1+(m-1)/nToTknm△tnmm+n-1m

（4）實際吞吐率任何一個流水線都存在填入和排空過程，因此實際吞吐率總是小于最大吞吐率。設(shè)m為流水線中功能段數(shù)，從圖4.9可以看出，完成n個任務(wù)所用的時間為：T=m△t+(n-1)△t則實際吞吐率為：顯然，當(dāng)n＞＞m時，Tp→Tpmax。2.加速比Sp加速比是指執(zhí)行同一任務(wù)時不采用流水線技術(shù)所用的時間與采用流水線方式所用的時間之比。對于n個任務(wù)，設(shè)有m段流水線。若不采用流水線，所用的時間為To，采用流水線后使用的時間為Tk，則加速比為：顯然，n＞＞m時，Sp→m，即最大加速比。m增大，加速比提高。第二十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日E====n個任務(wù)占用時空區(qū)面積m段流水線總時空區(qū)面積m(m+n-1)△tnm△tnm+n-1Spm(4.7)

3.效率E效率是指流水線中各功能段的時間利用率，也就是各功能段被實際利用的時空區(qū)與各功能段所提供總的時空區(qū)面積之比。如圖4.9所示，效率可表示為：

圖4.9流水線各段組成與時空圖第二十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.14雙功能靜態(tài)流水線

【例4.1】流水線性能分析。設(shè)有A、B兩個向量，每個向量有4個元素，要求在如圖4.14所示的靜態(tài)加、乘雙功能流水線上計算，并求吞吐率、加速比和效率。第二十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

解：在流水線中，由功能段S1、S2、S3、S4、S6構(gòu)成乘法流水線，S1、S5、S6構(gòu)成加法流水線。設(shè)經(jīng)過每一個功能段的時間均為△t，流水線的輸出可直接返回輸入端或者暫存到緩沖寄存器中，流水線功能切換時間忽略不計。為了在最短的時間內(nèi)完成上述運算，可讓流水線先進行兩個向量中4個元素的加法運算，即求(a0+b0)、(a1+b1)、(a2+b2)、(a3+b3)；然后切換成乘法功能，再按照[(a0+b0)×(a1+b1)]×[(a2+b2)×(a3+b3)]的順序進行三次乘法運算。根據(jù)分析，可畫出流水線的時空圖，如圖4.15所示。從圖中可以看出，在17△t時間內(nèi)輸出了7個結(jié)果，因此實際吞吐率為：Tp=7/17△t順序操作，則需要作4次加法運算和3次乘法運算。一次加法運算需要3△t，一次乘法運算需要5△t，總共需要To=4×3△t+3×5△t=27△t。這樣加速比為：Sp=To/Tp=27△t/17△t=1.88流水線的效率可用陰影面積除以全部6個狀態(tài)段的總時空面積而求得：E=(3×4△t+5×3△t)/(6×17△t)=27/102=26.4%第二十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.15流水線時空圖舉例

第二十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2.4流水線中的主要障礙

在實際應(yīng)用中，往往有這樣或者那樣的原因使流水線不能暢通，概括起來有三種：資源相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)。仍設(shè)流水線有五個功能段S1～S5（IF、ID、EXE、MEM、WB）。但不同指令在流過時對流水線的使用不同。下面以ALU、LOAD和STORE、BRANCH指令為例，予以說明。（1）ALU類指令在S1取出，S2譯碼，S3執(zhí)行，S4不進行任何操作，在S5把執(zhí)行結(jié)果寫回目標(biāo)寄存器堆。（2）傳送類指令LOAD和STORE在S1取出，S2譯碼及讀寄存器堆，S3計算有效地址，S4訪問存儲器：LOAD指令在S4讀存儲器，并送數(shù)據(jù)寄存器，在S5把讀出的數(shù)據(jù)寫回寄存器堆；STORE指令僅在S4把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)存儲器單元。第三十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

（3）分支轉(zhuǎn)移類BRANCH在S1取出，S2譯碼并讀寄存器堆，S3生成轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址，并形成條件碼，S4判斷條件，若成立，則將轉(zhuǎn)移地址送入程序計數(shù)器PC；S5不進行任何操作。三類指令對各功能段的占用如表4.1所示。表4.1三類指令對流水線的使用指令功能段)ALU指令LOAD/STOREBRANCHIf(S1)取指取指取指ID(S2)譯碼

讀寄存器堆譯碼

讀寄存器堆譯碼

讀寄存器堆EX(S3)執(zhí)行計算有效地址計算轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址

設(shè)置條件碼MEM(S4)－訪存（讀或?qū)懀┤魲l件成立

轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送PCWB(S5)結(jié)果寫回寄存器堆讀出數(shù)據(jù)寫入寄存器堆－第三十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日

1.資源相關(guān)也稱為資源或結(jié)構(gòu)沖突。如圖4.16所示，有5條指令相繼進入流水線，其中第1條指令是存儲器讀LOAD。在時鐘周期T4第1條指令執(zhí)行到MEM段，和第i+3條指令的IF段發(fā)生沖突，即資源相關(guān)。

圖4.16兩條指令同時訪問存儲器沖突

第三十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.17用停頓的方法解決存儲器沖突為了解決沖突，故在取第i+3條指令時暫停一拍，如圖4.17所示。第三十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.數(shù)據(jù)相關(guān)(1)數(shù)據(jù)相關(guān)往往發(fā)生在兩條指令執(zhí)行中，后一條指令所需要的操作數(shù)正好是前一條指令執(zhí)行的結(jié)果。如有以下兩條指令，其執(zhí)行過程如圖4.18所示。ADDR1，R2，R3；R2+R3→R1SUBR4，R1，R5；R1-R5→R4SUB指令需要在第3拍使用前一條ADD的執(zhí)行結(jié)果，而ADD指令的結(jié)果要在第5拍時才能寫入寄存器R1中。即讀超前于寫（RAW）。圖4.18數(shù)據(jù)相關(guān)沖突

第三十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.19加法運算結(jié)果定向傳送（2）解決辦法可采用“定向傳送”技術(shù)，也稱為旁路技術(shù)或相關(guān)專用通路技術(shù)。如圖4.19所示，第一條指令A(yù)DD需在WB段才能把結(jié)果寫回到R1中，而后繼指令中除了XOR之外都要在此之前使用。若采用停頓法，需停頓3拍。而ADD指令則是在EX段就已產(chǎn)生了運算結(jié)果，因此可直接傳送給后續(xù)的SUB、AND和OR指令的EX段。第三十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日

定向傳送示意如圖4.20(a)所示，定向傳送的實現(xiàn)如圖4.20(b)所示，即增加旁路，實現(xiàn)運算結(jié)果的定向傳送。當(dāng)然，這種方式將增加電路的復(fù)雜性。

圖4.20旁路定向傳送

第三十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.19加法運算結(jié)果定向傳送在有些計算機中把時鐘周期分為前半周期和后半周期。讀操作一般在后半周期進行，寫操作一般在前半周期進行。這樣，對于圖4.19所示的指令OR的定向傳送可以取消，如圖4.21所示。第三十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.21減少定向傳送措施

第三十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

（3）數(shù)據(jù)相關(guān)類型數(shù)據(jù)相關(guān)有三種類型，即RAW、WAR、WAW：①RAW：是指令j試圖在指令i寫入寄存器之前讀取寄存器中的數(shù)據(jù)，這樣指令j讀出的就是其原來的內(nèi)容，簡稱為讀超前于寫。②WAR：是指令j試圖在指令i讀出寄存器中的數(shù)據(jù)之前寫入寄存器，這樣指令i讀出的就是寄存器中的新內(nèi)容，簡稱為寫超前于讀。③WAW：是指令j試圖在指令i寫入寄存器之前寫入寄存器，這樣兩條指令的寫入過程顛倒，簡稱為j寫超前于i寫。（4）裝入延遲在RISC機中，執(zhí)行指令LOAD存在一定的延遲，稱為裝入延遲。如圖4.22(a)所示，指令LOAD在MEM段(S4)才能把數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，而指令A(yù)DD則在EX段就要使用。

圖4.22(a)RISC機中的裝入延遲第三十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.22(b)裝入延遲引起的停頓

由于是訪問存儲器，尚不能定向傳送，多采用停頓的方法，如圖4.22(b)所示，稱為流水線裝入延遲或者“空泡”。第四十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

3.控制相關(guān)（1）控制相關(guān)也稱為控制轉(zhuǎn)移沖突，主要由轉(zhuǎn)移類指令引起。統(tǒng)計表明，一般程序中轉(zhuǎn)移指令占1/4。轉(zhuǎn)移發(fā)生時，流水線受到破壞，程序計數(shù)器PC指向新的指令地址。由于一般在MEM段的末尾才能使PC值改變，于是需停頓3個時鐘周期，如圖4.23所示。

圖4.23控制相關(guān)引起的停頓

第四十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日

【例4.2】設(shè)在某一程序中，有25%的轉(zhuǎn)移指令，其中2/3轉(zhuǎn)移發(fā)生，試計算執(zhí)行一條指令的平均時鐘周期。

解：設(shè)執(zhí)行一條指令的平均時鐘周期為Pi，則Pi=1×75%+1×25%×[1×1/3+2/3×(3+1)]=1.5(周期)顯然，使流水線的性能下降33.3%。（2）減少控制相關(guān)對流水線性能影響的措施常有以下幾種。①盡早判斷轉(zhuǎn)移發(fā)生和生成轉(zhuǎn)移地址。把原在MEM段進行目標(biāo)地址的計算提前到ID段進行，并在條件成立時送入程序計數(shù)器PC。這樣，可使流水線頓時間由3拍減少到1拍。②預(yù)取轉(zhuǎn)移成功和不成功兩個方向上的目標(biāo)指令。設(shè)兩個指令隊列，預(yù)取兩個隊列。③加快和提前形成條件碼。比如乘除法運算的結(jié)果符號可根據(jù)兩操作數(shù)的符號提前產(chǎn)生。第四十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日④加快短循環(huán)程序的處理。對于反復(fù)執(zhí)行的短循環(huán)程序可以全部取出，放入指令緩沖器中，以提高處理速度。⑤提高轉(zhuǎn)移方向的預(yù)測率預(yù)測方法可用狀態(tài)圖表示，如圖4.25所示。圖4.25轉(zhuǎn)移預(yù)測狀態(tài)圖第四十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日其中使用兩位二進制數(shù)表示是否轉(zhuǎn)移，11和10表示預(yù)測轉(zhuǎn)移發(fā)生狀態(tài)，00和01表示預(yù)測轉(zhuǎn)移不發(fā)生狀態(tài)。ⅰ

如果狀態(tài)標(biāo)志處在11狀態(tài)，即預(yù)測轉(zhuǎn)移發(fā)生，這時如發(fā)生轉(zhuǎn)移，原狀態(tài)保持；若不發(fā)生轉(zhuǎn)移，則低位清0，狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?0，仍是預(yù)測轉(zhuǎn)移發(fā)生狀態(tài)。ⅱ

在10狀態(tài)，如果發(fā)生轉(zhuǎn)移，則低位置1，狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?1；若不發(fā)生轉(zhuǎn)移，則高位清0，狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?0。ⅲ

在00狀態(tài)，如果不發(fā)生轉(zhuǎn)移，原狀態(tài)保持；若發(fā)生轉(zhuǎn)移，則低位置1，狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?1，仍預(yù)測轉(zhuǎn)移不發(fā)生。ⅳ

在01狀態(tài)，如果發(fā)生轉(zhuǎn)移，則高位置1，狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?1；若不發(fā)生轉(zhuǎn)移，則低位清0,狀態(tài)標(biāo)志變?yōu)?0。統(tǒng)計表明，預(yù)測準(zhǔn)確率達83%。第四十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日⑥

采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)如圖4.24所示，在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時流水線停頓，即轉(zhuǎn)移延遲。延遲時間稱為延遲槽?？扇∵m當(dāng)?shù)闹噶钤谘舆t遭執(zhí)行，即填補延遲槽。常用方法有三種，如圖4.26所示。

圖4.26采用延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的3種方法

第四十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日在圖4.26(a)中，是用條件轉(zhuǎn)移指令I(lǐng)F的前一條指令A(yù)DDR1，R2，R3填補到延遲槽。在圖4.26(b)中，是用轉(zhuǎn)移目標(biāo)處的第一條指令SUBR4，R5，R6填補延遲槽，而原來位置的指令仍然保留。在圖4.26(c)中，是用非轉(zhuǎn)移方向的指令填補延遲槽。前提是不發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)。實踐表明，第一種方案較好于其它兩種。第四十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日流水線的實現(xiàn)與控制

1.流水線中的中斷處理在早期的流水線計算機中，只對中斷的現(xiàn)場進行不精確保護，即對進入流水線的指令處理完畢，再去響應(yīng)中斷請求。顯然，此時已不再是中斷請求時的現(xiàn)場。這對于外部設(shè)備的中斷請求可能影響不大，但是對于陷阱和內(nèi)部中斷影響就大了?，F(xiàn)在采用的是精確斷點保護法，即使用大量的后援寄存器，以使進入流水線的所有指令的現(xiàn)場都得到保護和恢復(fù)。2.非線性流水線中功能段的競爭與調(diào)度對于非線性流水線，存在前饋和反饋。若不能很好地調(diào)度，就會出現(xiàn)兩條指令或任務(wù)爭用某一功能段。若要不發(fā)生沖突，就要相隔適當(dāng)?shù)臅r間調(diào)度下一條指令或任務(wù)進入流水線。下面借助于預(yù)約表進行分析。第四十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

設(shè)有一個非線性、單功能流水線P，由K個功能段組成，每一個任務(wù)流過流水線需要的時鐘周期數(shù)為N（t1,t2,…,tn），縱向表示功能段，橫向表示時鐘周期，可畫出如圖4.27所示的預(yù)約表。圖中的每一行表示P的一個功能段，每一列表示一個時鐘周期，總列數(shù)表示任務(wù)從流入到流出所經(jīng)過的總時鐘周期數(shù)。若某任務(wù)在某一時刻ti使用功能段Si，用“√”

表示。一行中有多個“√”，表示重復(fù)使用該功能段。根據(jù)預(yù)約表很容易看出第一段間隔數(shù)為8，第二段間隔數(shù)為1，5，6等。把所有行的間隔節(jié)拍數(shù)都列出來，可構(gòu)成一個間隔禁止表F(Forbiddenlist)，即F={1，5，6，8}，表示禁止相隔這些拍數(shù)調(diào)度。圖4.27預(yù)約表

第四十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

可用N-1位的二進制向量C=(Cn-1，Cn-2，……，C2，C1)表示，稱為沖突向量(Collisionvector)。其中第i位的狀態(tài)表示與當(dāng)前任務(wù)相隔i拍調(diào)入下任務(wù)時，是否發(fā)生沖突。0表示不沖突，1表示沖突。沖突向量取N-1位是因為經(jīng)過N拍后任務(wù)就流出流水線，又由于位數(shù)N是最大禁止間隔，因此Cn-1位總是1。根據(jù)上述禁止表F，可形成相應(yīng)的沖突向量（10110001），稱為原始沖突向量。第2，3，4，7位為0，可與當(dāng)前任務(wù)相隔2拍、3拍、4拍或7拍調(diào)入下一任務(wù)。下一任務(wù)進入流水線后，將產(chǎn)生新的沖突向量。然后再根據(jù)新的沖突向量確定第三個任務(wù)何時調(diào)入。第四十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日

如何形成新的沖突向量呢？任何一個任務(wù)在流水線中每經(jīng)一拍向前推進一段，相當(dāng)于原始沖突向量右移一位，左邊補0。這樣，就形成了新的沖突向量。例如選擇第二個任務(wù)在2拍后調(diào)入流水線，則原始沖突向量應(yīng)當(dāng)邏輯右移兩位，即（00101100）。為使第三個任務(wù)調(diào)入后不與前兩個任務(wù)發(fā)生沖突，新的沖突向量應(yīng)當(dāng)是第二個任務(wù)的當(dāng)前沖突向量（00101100）與第二個任務(wù)的初始沖突向量（10110001）按位“或”，結(jié)果為（10111101）。按照這一方式，選擇各種可能的間隔拍數(shù)調(diào)入新的任務(wù)，并產(chǎn)生新的沖突向量，一直進行到不再產(chǎn)生新的沖突向量為止。第五十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

需要注意的是，在產(chǎn)生新的沖突向量時每次右移后的位向量應(yīng)與原始沖突向量按位“或”。由此可以畫出用沖突向量表示的流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖4.28所示。圖4.28流水線狀態(tài)圖第五十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日表4.2各調(diào)度方案平均間隔拍數(shù)調(diào)度策略平均間隔拍數(shù)(3,4)(4,3)(2,7)(2,2,7)(3,4,3,7)(3,4,7)(4,3,7)(3,7)(4,7)(7)3.503.504.503.674.254.674.675.005.507.00

采用圖中任何一個閉合回路進行調(diào)度，都不會發(fā)生功能部件沖突。但需找到一個最佳策略，以便獲得最高吞吐率。其方法是計算出每一種調(diào)度法的平均間隔拍數(shù)，如表4.2所示。然后，找出最小的一個。這里，平均間隔為3.5拍的調(diào)度策略有兩種，即（3,4）和（4,3）。第五十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2.6流水線的動態(tài)調(diào)度

靜態(tài)調(diào)度主要借助于軟件對指令的執(zhí)行順序進行調(diào)整，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。動態(tài)調(diào)度起始更早，但是直到20世紀(jì)后期才得以發(fā)展。它主要是通過硬件重新安排指令的執(zhí)行順序，以減少流水線中的停頓。有以下優(yōu)點：①能處理在編譯時難以發(fā)現(xiàn)的相關(guān)；②能簡化編譯程序；③使代碼具有可移植性。其缺點主要是硬件電路復(fù)雜。目前主要有兩種方法，一種是集中式動態(tài)調(diào)度，另一種是分布式動態(tài)調(diào)度。第五十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日

1.集中式動態(tài)調(diào)度集中式動態(tài)調(diào)度是依賴硬件在程序運行的過程中對可能出現(xiàn)的相關(guān)進行預(yù)測，從而保證流水線中的各個功能部件能最大限度地重疊工作，其示意如圖4.29所示。

圖中主要設(shè)置了一個狀態(tài)寄存器RF和一個記錄控制器（也稱為記分牌），用來對各功能部件的工作狀態(tài)、進入流水線中的各條指令的狀態(tài)、圖4.29集中式動態(tài)調(diào)度使用的源寄存器和目標(biāo)寄存器的狀況進行集中統(tǒng)一的記錄和調(diào)度。早期的CDC6600計算機采用的就是這一技術(shù)，現(xiàn)在的RISC超級標(biāo)量機很多也采用與之類似的措施，以提高流水線的性能。第五十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.分布式動態(tài)調(diào)度是把調(diào)度控制分配到各功能部件上。早期的IBM360/91采用了這一技術(shù)，其示意如圖4.30所示。其中每一個浮點數(shù)寄存器FLR設(shè)置一個“忙”標(biāo)志，以表示指令間所用的數(shù)據(jù)是否會發(fā)生沖突。其浮點運算器主要包括以下部件。（1）運算器：由相互獨立的加法器和乘除法器組成。（2）保存站：在加法器中有三個A1～A3，在乘除法器中有兩個M1～M2，當(dāng)兩個數(shù)據(jù)都到齊后，若運算器空閑，立即進行運算。每一個保存站都有地址，稱為站號。保存站與浮點操作數(shù)緩沖寄存器FLB統(tǒng)一編址，如圖3.30所示。（3）指令處理部件：也稱為浮點操作棧，用來存放取出的指令，經(jīng)譯碼產(chǎn)生控制信號，送往相應(yīng)的部件。（4）浮點數(shù)據(jù)預(yù)取緩沖器FLB：暫存存儲器中預(yù)取出來的浮點數(shù)，作為源操作數(shù)。（5）浮點數(shù)據(jù)寄存器FLR：作為另一源操作數(shù)；或者存放運算結(jié)果或中間結(jié)果，即目標(biāo)寄存器。各寄存器有一個“忙”標(biāo)志，其中“1”表示寄存器正被使用。另外，每個寄存器設(shè)有“站號標(biāo)記”，表示數(shù)據(jù)由何而來。該組寄存器表示為F0～F7。（6）數(shù)據(jù)存儲緩沖器SDB：用來暫存欲存入存儲器的數(shù)據(jù)，也設(shè)有站號，表示數(shù)據(jù)由何而來。（7）公用數(shù)據(jù)總線CDB：用來連接上述各個部件，傳送數(shù)據(jù)。第五十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.30IBM360/91流水線的分布式動態(tài)調(diào)度示意圖

第五十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日F0置忙

M1：源1站號置0001源2站號置0010F0置1000A1：源1站號置0011源2站號置0100F0置1010S1：LDF0，F(xiàn)LB1F0←0001

S2：MDF0，F(xiàn)LB2

S3：STDF0，AC1站←1000S4：LDF0，F(xiàn)LB3F0站←0011S5：ADDF0，F(xiàn)LB4第五十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

這種調(diào)度方法是把數(shù)據(jù)的傳送控制分派到各個單元的站號的設(shè)置上，即分布式動態(tài)調(diào)度方式。其特點可概括為以下幾點。（1）通過公用數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)直接傳送到所需要的部件，減少了流水線中的停頓周期。（2）通過加法器保存站和乘除法保存站，可緩解資源使用中沖突的機會。（2）通過修改站號實現(xiàn)分布式動態(tài)調(diào)度，可消除WAR和WAW數(shù)據(jù)相關(guān)的可能性。（3）通過對FLR寄存器“忙”標(biāo)志的判斷，可檢查是否存在RAW數(shù)據(jù)相關(guān)。

第五十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日圖4.31轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器

3.硬件動態(tài)預(yù)測轉(zhuǎn)移法是由轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器BTB（Branchtargetbuffer）來實現(xiàn)。BTB由高速存儲器或者寄存器堆組成，按內(nèi)容訪問，圖4.31所示。第五十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日

其中存放轉(zhuǎn)移指令的地址（即PC值）、轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址和2位狀態(tài)標(biāo)志。標(biāo)志位按照圖4.25設(shè)置，用于轉(zhuǎn)移預(yù)測。

圖4.25轉(zhuǎn)移預(yù)測狀態(tài)圖

遇到轉(zhuǎn)移指令時，用PC值與BTB中的內(nèi)容進行比較。若有相符合內(nèi)容，則判斷標(biāo)志位，以確定是否取出轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址。若轉(zhuǎn)移條件成立，則根據(jù)取出的目標(biāo)地址執(zhí)行程序；若轉(zhuǎn)移條件不成立，則取消本次操作，并修改狀態(tài)標(biāo)志位。第六十頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3指令級流水線4.3.1指令級流水線4.3.2超級標(biāo)量流水線4.3.3超長指令字4.3.4展開循環(huán)體后調(diào)度4.3.5軟件流水法4.3.6超級流水機舉例第六十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3.1指令級流水線

流水線可分為粗粒度和細粒度兩種類型，其中細粒度流水線指的就是指令級流水線。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的RISC機在指令級流水線的開發(fā)中取得了很大的成就，它的目標(biāo)是使CPI達到1。新一代RISC機還試圖使CPI小于1。指令級流水線的并行性常用并行度來衡量，是指在不存在相關(guān)，可同時并行執(zhí)行的指令的條數(shù)。下面舉例說明。

第六十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日【例4.2】分析下面兩個程序段的并行度。程序段1程序段2LOADR1，M[R7]ADDR2，R1，1ADDR3，R3，1SUBR4，R3，R2FPMULF3，F(xiàn)3，F(xiàn)4STOREM[R4]，R5

解：由于在程序段1中，3條指令所使用的數(shù)據(jù)地址不存在相關(guān)，因此可并行執(zhí)行，其并行度為3。而在程序段2中，ADD指令的目標(biāo)寄存器是R2，而在SUB指令中R2是源操作數(shù)，存在RAW相關(guān)；同時，在SUB指令中R4是目標(biāo)寄存器，而在STORE指令中R4作為基地址寄存器，也是一種RAW相關(guān)。因此，在程序段2中3條指令只能順序執(zhí)行，即并行度為1。目前在指令級流水線中，主要使用的方法有超級標(biāo)量流水線法和超長指令字法。第六十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3.2超級標(biāo)量流水線

1.基本概念在理想的流水線中，每一個時鐘周期可啟動一條指令。執(zhí)行過程分為4個階段，理想流水線的示意如圖4.32所示。在超級標(biāo)量流水線中，人們希望在一個時鐘周期內(nèi)啟動多條指令。如圖4.33所示同時啟動了3條指令，因此并行度為3。圖4.32理想流水線圖4.33每拍啟動三條指令第六十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.34每1/2拍或每1/3拍啟動一條或三條指令也可以每1/2周期或者每1/3周期啟動一條指令，如圖4.34(a)所示每1/2周期啟動一條指令，并行度為2。還可以每1/2周期或者1/3周期啟動多條指令，如圖4.34(b)所示每1/3周期啟動了3條指令，其并行度為9。第六十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.37超長指令字（VLIW）

另外，也可以通過超長指令字實現(xiàn)每個時鐘周期完成多個操作，如圖4.37所示。第六十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.超級標(biāo)量機的組成特點在超級標(biāo)量流水線計算機中要實現(xiàn)一拍完成多個操作，就必須有相應(yīng)的功能部件予以支持。如圖4.35(a)所示，只有一個ALU，每一拍只能進行一種操作，即啟動一條指令。如圖4.35(b)提供一個ALU和一個浮點運算器FP，可在一拍中進行兩種操作，即啟動兩條指令。圖中I-Cache表示指令高速緩沖存儲器，RF表示寄存器堆。

圖4.35超級標(biāo)量機多執(zhí)行部件第六十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.36超級標(biāo)量機典型結(jié)構(gòu)3.超級標(biāo)量機的典型結(jié)構(gòu)圖4.36所示是一種超級標(biāo)量機的典型結(jié)構(gòu)，由存儲部件、ALU部件及控制部件組成。第六十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

程序執(zhí)行時同時取出兩條指令，分別送相應(yīng)的譯碼器。譯碼后，根據(jù)狀態(tài)記錄部件中記錄的功能部件與寄存器使用情況，確定哪些指令可以送入執(zhí)行部件中同時執(zhí)行；有關(guān)寄存器和執(zhí)行部件的狀態(tài)可能發(fā)生變化，送狀態(tài)記錄部件，供下一次判斷使用。即根據(jù)狀態(tài)記錄部件中記錄的相關(guān)信息來確定多條指令可否同時被調(diào)度和執(zhí)行。自20世紀(jì)80年代末，超級標(biāo)量機陸續(xù)問世，比如Intel公司的i860、IBM公司的RS6000以及Motorola公司的88110等。在一個周期內(nèi)可啟動2～4條指令。但是在實際運行時，一個時鐘周期啟動的指令條數(shù)往往小于IPC（Instructionpercycle）的值。主要特點:①配置有多個性能不同的處理部件，采用多條流水線并行處理。②能同時對多條指令進行譯碼，并根據(jù)狀態(tài)記錄部件中記錄的狀態(tài)將可執(zhí)行指令送入相應(yīng)的執(zhí)行部件。③通過硬件實現(xiàn)多條指令的調(diào)度，即用硬件資源重復(fù)來實現(xiàn)空間上的并行操作。第六十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3.3超長指令字1.超長指令字超長指令字VLIW（Verylonginstructionword）是在20世紀(jì)80年代初由美國耶魯大學(xué)的Fisher教授首先提出來的。它的一條指令很長可達上百位，甚至上千位，主要在于減少訪存次數(shù)，如圖4.37所示在一個周期完成多個操作。

圖4.37超長指令字（VLIW）

特點：單一控制器，每個周期啟動一條指令。在其內(nèi)部，一條超長指令字被分成多個控制字段，獨立控制一個功能部件。第七十頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.超長指令字計算機的組成原理

超長指令字計算機的結(jié)構(gòu)示意如圖4.38所示，包含兩個存儲器讀/寫部件、一個浮點加法部件和一個浮點乘法部件。所有功能部件均由統(tǒng)一的時鐘信號驅(qū)動，根據(jù)超長指令的各個控制字段工作。圖中包括存/取1、存/取2、浮點加、浮點乘及其相關(guān)的數(shù)據(jù)通路，可同時進行兩路存儲器訪問、浮點加和浮點乘操作。這種計算機是在編譯時處理可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)和資源相關(guān)，因此硬件電路比較簡單。而且，在編譯階段完成超長字指令中多個可并行執(zhí)行的操作的調(diào)度。圖4.38超長指令字計算機結(jié)構(gòu)示意圖第七十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日表4.3順序執(zhí)行序列源代碼操

作需用周期C=A+BLOADALOADBC=A+BSTOREC1111K=I+JLOADILOADJK=I+JSTOREK1111L=M-KLOADML=M-KSTOREL111Q=C×KQ=C×KSTOREQ21合計14個周期3.超長指令字的生成設(shè)有以下賦值運算：C=A+BK=I+JL=M-KQ=C×K若按照順序操作，所使用的指令序列如表4.3所示，共需要14個周期。從中找出不存在任何相關(guān)的操作同時進行，即可得到如表4.4所示的并/串行操作序列。這樣，每一行可構(gòu)成一個超長字指令，編譯時可把13條指令壓縮成6條，僅需要6個周期即可完成。表4.4并行操作序列周期操

作1LOADALOADB2LOADILOADJC=A+B3LOADMSTORECK=I+J4STOREKL=M-KQ=C×K5STOREL6STOREQ第七十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日

4.VLIW壓縮調(diào)度技術(shù)上述壓縮采用的是表調(diào)度法，而且是一種局部壓縮調(diào)度法。目前常用的壓縮調(diào)度方法可分為局部壓縮和全局壓縮。（1）局部壓縮局部壓縮是在小范圍內(nèi)進行，即一個基本的程序塊，僅有一個入口和一個出口。（2）全局壓縮全局壓縮允許代碼在基本程序塊之間移動。當(dāng)然，這種移動必須保證各個基本程序塊原語義不變。目前全局壓縮有三種方式，即路徑調(diào)度、滲透調(diào)度和軟件流水。①路徑調(diào)度法是在編譯時把代碼劃分為若干不相交的子集，稱之為路徑，然后選擇執(zhí)行概率最高的路徑作為主路徑。對主路徑采用表調(diào)度法進行壓縮，且允許代碼在一定約束條件下在基本塊之間移動。這種方式可能犧牲非主路徑的性能，以獲得主路徑的最佳效果。但是非主路徑需要進行補償。第七十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖4.39表示沿主路徑壓縮及補償?shù)氖疽?。在圖4.39中，(a)的陰影框表示主路徑，（b）表示壓縮后對非主路徑造成的影響，(c)表示補償，其中R表示重聚補償，S表示分裂補償。補償?shù)木唧w過程如圖4.40所示。圖4.39沿主路徑壓縮與補償示意圖

第七十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日在圖4.40中，是對主路徑進行調(diào)度后而進行的補償。其中圖(a)是用第一條指令填補if語句的延遲槽，而對if語句進行的分裂補償。圖(b)是用第二條指令填補乘法語句的延遲槽，而對乘法指令進行重聚補償。圖4.40路徑調(diào)度與補償

第七十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日②滲透調(diào)度法（Percolationscheduling）是通過一系列語義的等價變換，把操作不斷地推向前進，即滲透。滲透后把屬于不同基本塊的操作最大限度地重疊起來。不是根據(jù)轉(zhuǎn)移分支的概率選擇操作，而是設(shè)法讓后續(xù)的操作近早執(zhí)行。具體的實施方法，請參閱高級編譯技術(shù)的有關(guān)章節(jié)。③軟件流水法（Softwarepipelining）主要是加快循環(huán)程序的執(zhí)行，在4.3.5節(jié)介紹。

第七十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3.4展開循環(huán)體后調(diào)度

展開循環(huán)體后調(diào)度是在編譯時多次展開循環(huán)體，然后在程序語義保持不變的前提下對指令序列重新排列，以提高流水線的并行度。下面舉例說明：設(shè)有以下循環(huán)體程序段，為存儲器中的某一向量加上F2中的一個指定的標(biāo)量值。

LOOP：LDF0，0(R1)；F0←M[(R1)+0]，讀向量元素ADDDF4，F(xiàn)0，F(xiàn)2；F4←(F0)+(F2)SD0(R1)，F(xiàn)4；M[(R1)+0]←F4，存向量元素SUBR1，R1，#8；R1←(R1)-8，將指針減8BNEZR1，LOOP；若(R1)≠0，則轉(zhuǎn)移到LOOP第七十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

設(shè)浮點加法需要3個周期，寄存器整型運算需要1個周期，分支指令需要2個周期，讀存儲器需要2個周期，寫存儲器時只要送入存儲緩沖器即可，因此僅1個周期。為了使流水線正確工作，須插入等待周期，用STALL表示：LOOP：LDF0，0(R1)；F0←M[(R1)+0]，讀向量元素STALL；停頓ADDDF4，F(xiàn)0，F(xiàn)2；F4←(F0)+(F2)STALLSTALLSD0(R1)，F(xiàn)4；M[(R1)+0]←F4，存向量元素SUBR1，R1，#8；R1←(R1)-8，將指針減8BNEZR1，LOOP；若(R1)≠0，則轉(zhuǎn)移到LOOPSTALL需要9個周期。

第七十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

1.未展開循環(huán)體調(diào)度對循環(huán)體重新調(diào)度，僅需6個周期完成。LOOP：LDF0，0(R1)；F0←M[(R1)+0]，讀向量元素STALL；裝載停頓ADDDF4，F(xiàn)0，F(xiàn)2；F4←(F0)+(F2)SUBR1，R1，#8；R1←(R1)-8，將指針減8BNEZ