计算机组织与糸统结构 剂用小线进能 Enhancing Performance with Pipelining (第十六讲) 程旭 2000.522 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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上一讲总结 °流水线向下传递控制信息,就象向下传递数据样 °通过局部控制解决前递/暂停 °意外事件会导致流水线停止 °MPS指令系统体系结构中流水线是可见的(延迟转移 延迟装入) °更深的流水线、更多的并行度可能获得出更高的性能 °中断、指令系统、浮点操作加大流水线的难度 °编译器可以减少数据和控制冒险的代价 装入延迟槽 转移延迟槽 转移预测 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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再谈流水线冒险 IFet ch DCD MemOpFetch Exec Store IFetch DCD ? Structural Hazard H-Fet ch DCD MemOpFetch OpFetch Exec Store I-Fet ch DCD OpFetch Jump Control Hazard IFetch DCD ? iF DCD Ex Mem wB- RAW(read after write) Data Hazard IF DCD EX Mem WB WAW Data hazard IF DCD EX Mem WB (write after write) F DCD Ex Mem IF DCD OF Ex RS WAR Data Hazard (write after read 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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数据冒险 如何避免一些冒险 通过总是在流水线的前段(DCD)取操作数,来消除WAR ·通过按序完成所有回写操作(在最后一级,静态),来消除 WAW °检测并解决RAW 暂停,并尽可能前递 IF DCD EX Mem WB RAW Data hazard IF Ex Mem WB WAW Data hazard IF DCD EX Mem WB F DCD Ex Mem IF DCD OF Ex RS/TRAW Data Hazard 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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意外事件中的问题 意外事件/断:在5段流水线中执行着5条指令 如何停止流水线? 重启? 哪些问题产生中断? 段名可能出现的中断问题 FD 取指页失效、未对准存储器访问、存储保护违例 未定义或非法操作码 EX算术意外事件 MEM取数据页失效、未对准存储器访问、存储保护违例、存储器错 误 °产生数据页失效的Load指令、产生指令页失效的Ad指令? °解决方案1:中断向量指令 °解决方案2:尽可能早地中断执行,之后,重启所有未执行完的操作 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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教学目标:己经掌握的內容 °计算机的五个基本部件 处理器 输入 控制 存储器 数据通路 输出 °本讲主题高级流水线技术 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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参考: MIPS R300时钟定时策略身团 hi1 phi2 °双相无重叠时钟(2- phase non- overlapping clocks) °流水线段两级锁存(电平使能) hi2 边沿触发 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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MIPS R3000指令流水线 Inst Fetch Reg. Read ALU /EA Memory Write Reg TLB|-Cache RF Operation WB E.A. TLb D-Cache 使用资源情况 TLB TLB I-cache RE WB ALU ALU D-Cache 在第一相进行写,在第二相进行读>消除了从WB段的旁路 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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头于r1的数据冒险 ·立即向后相关就可能出现冒险 厉囫(时钟局ID/ RF EX MEM WB addr1,r2r3盯RgE厢DMRe 指 sub r4r1r3 IM国Reg DM H Reg and r6, ri, r7 IM R 次 DM H la 序prr8,r1r9 R eg DM F Reg or rio.r1r11 在MPSR3000水线中,无需从WB段进行前递! 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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MIPS R3000的多周期操作 op Rd ra rb 例如:乘法、除法、 Cache失效 暂停流水线中多周期操作 mul rd ra rb B川‖之上的所有流水段 ALU 排空(空泡)它之下的 Rd 所有段 使用本地流水段状态的 Rd 控制字来一步步执行多周 至寄存器堆 期操作 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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