计算机系统结构R1sc是什么,计算机系统结构

本文介绍了延迟转移技术的基本概念及其在程序执行中的应用。通过插入有效指令避免流水线断流,并探讨了条件转移指令如何利用该技术优化程序执行流程。

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延迟转移技术:在转移指令之后插入一条有效的指令,程序执行时,要等这条插入的指令执行完成之后,才执行转移指令,因此,转移指令好象被延迟执行了,这种技术称为延迟转移技术。

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图2.15 因转移指令引起的流水线断流

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图2.16 采用延时转移技术的指令流水线

采用指令延迟转移技术时,指令序列的调整由编译器自动进行,一般不需要人来干预,但是,如果要在目标程序一级调试程序,这种已经被调整过了的程序将很难看懂,很容易引起人们的误解。

很容易会提出这样一个问题:如果是条件转移指令时,还能不能采用延迟转移技术呢?我们来看下面的程序:

1:    MOVE   R1, R2

2:    CMP   R3, R4  ;(R3)与(R4)比较

3:    BEQ   EXIT   ;如果(R3)=(R4)则转移到NEXT

4:    ADD   R4, R5

………

N: NEXT: MOVE   R4, A

重新调整一下程序的指令序列,把原来的第一条指令插入到条件转移指令之后。得到一个新的程序:

1:    CMP   R3, R4  ;(R3)与(R4)比较

2:    BEQ   EXIT   ;如果(R3)=(R4)则转移到NEXT

3:    MOVE   R1, R2  ;插入一条指令,但不能有数据相关,不能改变条件吗

4:    ADD   R4, R5

………

N: NEXT: MOVE   R4, A

以上程序在执行时流水线就不会有断流情况发生。

必须注意:调整指令序列一定不能改变原来程序的数据相关关系,即被移动指令中的所有数据存储单元与移动过程中所经过的指令的所有数据存储单元之间不能有数据的读-写、写-读和写-写相关。另外,还要求,被移动的指令不要破坏机器的条件码,至少不要影响后面的条件码测试指令所要求的条件码。

如果找不到符合上述条件的指令来调整程序中指令序列,那么,编译程序必须在条件转移指令后面插入一条空操作指令。如果指令的执行过程分为多个流水段,则要插入多条空操作指令。

### 关于计算机系统结构中延迟槽的概念和工作原理 #### 定义与概念 延迟槽(Delay Slot)是指某些精简指令集计算架构(RISC)处理器在分支指令之后预留的一个或多个指令位置。这些位置上的指令会在分支条件评估期间被执行,从而提高CPU利用率并减少因等待分支结果而产生的停顿时间[^1]。 #### 工作原理 当一条无条件跳转或者有条件转移的指令被取出时,在这条指令后面的下一条指令的位置即为延迟槽。即使该次跳跃确实发生了改变程序计数器PC指向的情况,位于延迟槽内的那条指令仍然会被执行。这种设计允许编译器优化代码布局,使得原本可能浪费掉的时间片得以利用起来完成有用的工作[^2]。 对于现代高性能处理器而言,为了进一步提升性能,可能会存在多周期延迟槽的情形;也就是说,在一个复杂的控制流变化发生之前的一系列固定数量的指令都会作为延迟槽处理,并全部得到执行。这要求程序员以及编译工具链特别注意如何安排这段区域里的操作以确保逻辑正确性和效率最大化[^3]。 值得注意的是,不同类型的处理器对延迟槽数量和支持方式有所差异,因此编写跨平台兼容性强的应用程序时需谨慎对待这一特性[^4]。 ```assembly ; 示例伪代码展示了一个简单的延迟槽场景 branch target_address ; 分支到目标地址 nop ; 这里是一个典型的NOP填充延迟槽的例子 ```
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