计算机体系结构-第三章-流水线技术

1 流水线的概念

流水线是将一个过程分成多个子功能段,那么多个处理过程在时间上错开,依次通过各功能段,就能实现子功能段之间的并行

典型的四段式流水线为:

  1. 取指周期 IF (instruction fetch)
  2. 译码周期 ID (instruction decode)
  3. 执行周期 EX (excuse)
  4. 写回周期 WB (write back)

流水线时空图: 横轴表示时间, 纵轴表示子功能段
流水线时空图

2 流水线的三大性能指标

吞吐率TP (throughput)
加速比S (speedup)
效率E (efficiency)

3 流水线冲突

  1. 结构冲突(如两条流水线征用同一个运算部件)
  2. 数据冲突(如后一条指令需要用到前一条指令的结果)
  3. 控制冲突(如循环中的分支操作导致PC值改变)

向量处理机可以缓解数据冲突,避免控制冲突

1.1名词解释: 1.层次结构——计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构,每一层以不同的语 言为特征。 计算机系统结构(第三版)张晨曦 课后答案 2.翻译——(基于层次结构)先把N+1级程序全部变换成N级程序之后,再去执行N 级程序,在执行过程中,N+1级程序不再被访问。 3.解释——每当一条N+1级指令被译码后,就直接去执行一串等效的N级指令,然后 再去取下一条N+1级指令,依此重复执行。 4.体系结构——程序员所看到的计算机的属性,即概念性结构与功能特性。 5.透明性——在计算机技术中,对本来存在的事物或属性,从某一角度来看又好像不存 在的概念称为透明性。 6.系列机——在一个厂家生产的具有相同的体系结构,但具有不同的组成和实现的一系 列不同型号的机器。 7.软件兼容——同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上,而且它 们所获得的结果一样,差别只在于运行的时间不同。 8.兼容机——不同厂家生产的、具有相同体系结构计算机。9.计算机组成——计算机体系结构的逻辑实现。10.计算机实现——计算机组成的物理实现。 11.存储程序计算机(冯·诺依曼结构)——采用存储程序原理,将程序和数据存放在同 一存储器中。指令在存储器中按其执行顺序存储,由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。 12.并行性——在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工 作。 13.时间重叠——在并行性中引入时间因素,即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。 14.资源重复——在并行性中引入时间因素,是根据“以数量取胜”的原则,通过重复设
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