高级计算机系统结构

知识要点：

1、重叠和流水。

2、流水线的分类。相关及其解决方案。

3、流水线的指标参数及其计算。流水线时空图。非线性流水线调度方案。（重点）

4、向量流水线，向量指令链接。

5、超标量、超流水线、超长指令字流水处理机

重叠解释方式：

1、一条指令的几个过程段

1）取指令：根据PC（指令计数器）从M（存储器）取出指令送到IR(指令寄存器）

2）译码分析：译出指令的操作性质，准备好所需数据

3）执行：将准备好的数按译出性质进行处理，主要涉及ALU（算术逻辑运算部件）

2、对指令执行的几种方式

1）顺序执行（传统机器采用）：只有在前一条指令的各过程段全部完成后，才从存储器取出下一条指令

2）仅两条指令重叠：第i条指令的执行与第i+1条的取指重叠。

3）三条指令重叠：第i条指令的执行与第i+1条的译码及i+2条的取指重叠

重叠解释并不能加快一条指令的实现，但能加快一段程序的解释。

2、重叠方式中所需时间表达式及所需时间计算

1）条件：设一条指令分为三个过程段，各过程段分别用t取、t译、t执表示

2）上述三种执行方式所需时间表达式

顺序执行： k*（t取+t译+t执）

两条重叠：t取+k*t译+(k-1)*max(t取，t执）+t执

三条重叠：t取+max（t译，t取）+（k-2）*max(t取，t译，t执）+max（t执， t译）+t执

3、流水方式

流水方式的出现源于重叠方式的两种等待

1）等待译码

2）等待执行

流水线的分类：

1）按各过程段用时是否全等划分

       均匀流水线：各过程段用时全等

       非均匀流水线：各过程段用时不全等

2）按处理的数据类型划分

        标量流水线：用于对标量数据进行流水处理

        向量流水线：用于对向量数据进行流水处理

3）按流水线的规模划分

       操作流水线：如将一条指令划分为多个过程段进行流水处理。规模最小

       指令流水线：以指令为单位进行处理，用于多进程、多任务。规模较大

       宏流水线：以程序的逻辑功能段为单位进行流水处理。规模最大

4）按流水线上各过程部件之间的连接方式划分

       固定流水线：各过程段之间固定连接，不能重新构成其它流水线---单功能流水线

       半动态流水线：各过程段之间可重新连接，但不同时刻只能重构成一种不同的流水线。

       动态流水线：各过程段之间可重新连接，不同时刻可重构成多种流水线

5）按部件在同一时刻送出支路数多少来分

       一维流水线：在同一时刻，部件只能向一个地方传送结果

       阵列流水线：在同一时刻，部件可同时向多个地方传送结果

流水线相关的计算... ch5-1

向量链接特性

1、链接：将多条相关的向量指令链接起来组成更大规模的流水线，从而进一步提高向量数据处理速度，这种链接称为向量链接。

2、向量指令之间的几种情况

1）既不相关，又无冲突

不能链接，但可以并行执行（执行时间以最长向量指令时间为准）

2) 条条指令相关，且无冲突

可顺利链接

3）条条指令相关，但有冲突不能顺利链接，执行时间往往需要推迟。

4）条条指令相关，且无冲突

ch5-1后面的计算题很重要....