考研复试—计算机组成第四章

第四章指令系统

1、指令流水线的基本概念
流水线基本原理：
流水线技术是一种显著提高指令执行速度与效率的技术。方法是：指令取指完成后，不等该指令执行完毕即可取下一条指令。如果把一条指令的解释过程进一步细分，例如分成取指，译码，访存，执行，和写回五个子过程，并用五个子部件分别处理这五个子过程。这样只需在上一指令的第一子过程处理完毕进入第二子过程处理时，在第一子部件中就开始对第二条指令的第一子过程进行处理，随着时间推移，这种重叠操作最后可达到五个子部件同时对五条指令的子过程进行操作。
典型的五级流水线的数据通路：

流水线方式的特点：
与传统的串行执行方式相比，采用流水线方式具有如下特点：
（1）把一个任务（一条指令或一个操作）分解为几个有联系的子任务，每个子任务由一个专门的功能部件来执行，并依靠多个功能部件并行工作来缩短程序的执行时间。
（2）流水线每个功能段部件后面都有一个缓冲寄存器，或称锁存器，其作用是保存本流水段的执行结果，供给下一流水段使用。
（3）流水线中个功能段的时间应尽量相等，否则将引起堵塞、断流。
（4）只有连续不断地提供同一种任务时才能发挥流水线的效率，所以在流水线中处理的必须是连续任务。哎采用流水线方式工作的处理机中，要在软件和硬件设计等多方面尽量为流水线提供连续的任务。
（5）流水线需要装入时间和排空时间。装入时间是指第一个任务进入流水线到输出流水线的时间。排空时间是指最后一个任务进入流水线到输出流水线的时间。
影响流水线性能的因素：
（1）结构相关是当多条指令同一时刻争用同一资源形成冲突。
解决方案：1>暂停一个时钟周期；2>单独设置数据存储器和指令存储器
（2）数据相关是指令在流水线中重叠执行时，当后继指令需要用到前面指令的执行结果时发生的。
解决方案：1>暂停一个时钟周期；2>数据旁路：把前一条指令的ALU计算结果直接输入到下一条指令。
（3）控制相关是当流水线遇到分支指令和其他改变PC值的指令时引起的。
解决方案：1>延迟转移技术。将转移指令与其前面的与转移指令无关的一条或几条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令被执行之后发生，从而使预取的指令不作废；2>转移预测技术。
2、CISC和RISC（复杂指令和精简指令集）的对比？

3、寻址方式