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[工学]计算机体系结构

第3章 流水线技术3.1 流水线的基本概念3.2 DLX的基本流水线3.3 流水线的相关3.4 异常处理3.5 DLX中多周期操作的处理3.6 MIPS R4000流水线 复习:性能评测 平均CPI? 每类指令的CPIstate diagram gives CPI for each instruction type 每类指令的使用频度 是否可以使 CPI < 4.1? 在一条指令执行过程中下图有许多空闲部件 可以让指令重叠执行？?? The Big Picture: Where are We Now? The Five Classic Components of a Computer Next Topics: Pipelining by Analogy Pipeline hazards 3.1 流水线的基本概念 洗衣为例 Ann, Brian, Cathy, Dave 每人进行洗衣的动作： wash, dry, and fold washer需要 30 minutes Dryer 需要 40 minutes “Folder” 需要 20 minutes Sequential Laundry 顺序完成这些任务需要 6 hours for 4 loads 如果采用流水作业, 需要多长时间? 流水线作业: 原则尽可能早地让工作开始 流水作业完成四人的洗衣任务只需要 3.5 hours 流水线技术要点 流水线技术并不能提高单个任务的执行效率，它可以提高整个系统的吞吐率 流水线中的瓶颈是最慢的那一段 多个任务同时执行，但使用不同的资源 其潜在的加速比＝流水线的级数 流水端所需时间不均衡将降低加速比 流水线存在装入时间和排空时间，使得加速比降低 由于存在相关问题，会导致流水线停顿 3.2 DLX的基本流水线 计算机的流水线 CPU执行大量的指令，指令吞吐率非常重要 DLX 特征 所有指令相同长度 在指令格式中寄存器位于同一位置 只有Loads和Stores可以对存储器操作 DLX数据通路(图3.9 page 83)一种简单实现 基本操作(Step 1 & 2) Step 1 - IF IR