计算机组成原理(4)-中央处理器CPU-流水CPU

本文介绍了并行处理技术的定义和三种形式:时间并行、空间并行及两者结合,强调了并行性在提高计算机速度上的作用。流水CPU作为实现时间并行的一种方式,由指令部件、指令队列和执行部件组成,其中执行部件通过多个运算部件的流水线工作方式确保速度匹配。此外,还探讨了如何通过不同部件的并行执行和流水线结构来优化处理效率。

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并行处理技术

串行处理:计算机的各个操作(如读/写存储器,算术或逻辑运算,I/O操作)只能串行地完成,即任一时刻只能进行一个操作。

并行处理:计算机的各个操作能同时进行,从而大大提高了计算机的速度。

并行性

含义:

1.同时性,指两个以上事件在同一时刻发生。

2.并发性,指两个以上事件在同一时间间隔内发生。

三种形式:

1.时间并行(时间重叠)

让多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。

实现方式:采用流水处理部件。

2.空间并行(资源重复)

3.时间并行+空间并行(时间重叠+资源重复)

流水CPU的结构

流水CPU的组成部分:

1.指令部件

指令部件本身又构成一个流水线,即指令流水线。

由取指令、指令译码、计算操作数地址、取操作数等几个过程组成。

2.指令队列

含义:一个先进先出(FIFO)的寄存器栈,用于存放经过译码的指令和取来的操作数。

由若干个过程段组成的流水线。

3.执行部件

具有多个算术逻辑运算部件,这些部件本身又用流水线方式构成。

为了使存储器的存取时间能与流水线的其他各过程段的速度相匹配,一般都采用多体交叉存储器

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