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文檔簡(jiǎn)介
William
StallingsComputer
Organizationand
Architecture6th
EditionCPU結(jié)構(gòu)和功能Chapter12CPU
Structureand
FunctionPage424Execution
usually
does
not
access
mainmemoryCan
fetch
nextinstruction
during
executionof
current
instructionCalled
instruction
prefetch指令預(yù)取流水線§12.4
PipeliningFetch
accessing
main
memoryTwo
Stage
Instruction
PipelinePage425作廢Improved
PerformanceBut
not
doubled,
for
two
reasons:—Fetch
usually
shorter
than
execution—Any
jump
or
branch
means
thatprefetched
instructions
are
not
therequired
instructionsAdd
more
stages
to
improveperformancePage424Instruction
operationsdivided
6
stages
6階段Fetch
instruction(FI)Decode
instruction(DI)Calculate
operands(CO)
(i.e.
calculate
EA)Fetch
operands(FO)Execute
instructions(EI)Write
result(WR)Overlap
these
operationsPage425Page426Timing
of
Pipeline
流水線時(shí)序圖兩點(diǎn)說(shuō)明:不會(huì)總是6個(gè)階段;存儲(chǔ)器沖突問(wèn)題。Speedup
factort
–max
stage
delay
最大段延遲n
–
number
of
instructionsk
–
number
of
stagesWithout
pipeline—T1
=
n
k
t—e.g.
TK=
9
x
6
t=54
tWith
pipeline—TK
=[(K–1)
+
n]
t—e.g.
TK=(6-1+9)
t=14
tPage431加速因子Speedup
factorSk
=T1
/
Tk=
n
kt
/[k
+
(n
–1)]t=
n
k
/[k
+
(n
–1)]When
k
increases,
Sk
increases.When
n
increase,
Sk
tendsto
k.
It
means:thelargerthe
numberof
pipeline
stages,
thegreater
the
potentialforspeedup.However,as
a
practical
matter, k=(6~十幾個(gè))stagesPage431加速因子Speedup
Factors
withInstruction
PipeliningPage432對(duì)數(shù)坐標(biāo)log2
xK=6,9,12n=10,20,30※Branch
limits
pipeline’s
performance*Several
other
factors
serve
to
limit
theperformance
enhancement.The
worse
factor
isthe
conditional
branch
instruction,
which
can
invalidate
severalinstructionfetches.Itchanges the
sequenceof
instruction
flowing.Assume
instruction
3
isa
conditional
branchtoinstruction
15.Until
the
instruction
is
executed,
no
way
ofknowing
which
instruction
will
comenext.Page426The
Effect
of
a
Condition
Branch
onInstruction
Pipeline
OperationPage427知道轉(zhuǎn)移指令知道轉(zhuǎn)移目的知道條件滿(mǎn)足※Dealing
with
Branches*(1)Multiple
Streams多流水線Have
two
pipelinesprefetch
each
branch
into
a
separate
pipelinePrefetch
Branch
Target
預(yù)取轉(zhuǎn)移目標(biāo)Loop
buffer
循環(huán)緩沖Branch
prediction
轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)—Predict
never
taken
預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移絕不發(fā)生—Predict
always
taken
預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移總是發(fā)生—Predict
by
Opcode
依操作碼預(yù)測(cè)連續(xù)猜錯(cuò)兩次,改變狀態(tài)—Taken/Not
taken
switch預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移發(fā)生不發(fā)生—Branch
history
table
轉(zhuǎn)移歷史表(5)Delayed
branching
延遲轉(zhuǎn)移Do
not
take
jump
untilyouhave
toThis
following
instruction
is
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