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计算机组成与体系结构第7章 流水线技术与指令级并行,2,本章内容：,7.1 流水线处理7.2 浮点运算流水线7.3 指令流水线7.4 流水线性能度量7.5 指令流水线的性能提高7.6 指令级并行概念（西电版7.7节）7.7 提高指令级并行的技术（西电版略）7.8 多发射处理器（西电版7.6节）7.9 指令级并行的限制（西电版7.7.3）,计算机组成与体系结构第7章 流水线技术与指令级并行,7.1 流水线处理,4,并行处理技术,通常提高指令执行速度的途径有如下三种：提高处理机的工作主频。采用更好的算法和设计更好的功能部件。多条指令并行执行，称为指令级并行技术。可以从两个方面来开发处理机内部的并行性：空间并行性：即在一个处理机内设置多个独立的操作部件，并让这些操作部件并行工作，这种处理机称为 多操作部件处理机或超标量处理机；时间并行性：就是采用流水线技术。流水线技术是一种非常 经济、对提高处理机的运算速度非常有效的技 术。采用流水线技术可以不增加硬件或只需要增 加少量硬件就能够把处理机的运算速度提高几倍，它是目前使用非常普遍的一种并行处理方式。,5,基本思想：流水举例,6,基本思想：流水举例,7,基本思想：流水举例,8,基本思想：流水举例,存放熨整烘干洗涤,存放熨整烘干洗涤,熨整、存放洗涤、烘干,1：张三2：李四3：王五4：赵六,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,1,1,2,2,3,3,4,4,1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,(a)顺序方式,(b)重叠方式,(c)流水方式,时间（拍）,时间（拍）,时间（拍）,16,10,7,空间（段号）,空间（段号）,空间（段号）,t,9,并行处理技术,并行性的两种含义：同时性：同一时刻并发性：同一时间间隔并行处理技术的三种形式：时间并行：时间重叠，流水空间并行：资源重复时间并行空间并行：超标量流水,10,基本思想：流水举例,存放熨整烘干洗涤,1：张三2：李四3：王五4：赵六,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,7,6,5,4,3,2,1,0,存放1存放2熨整1熨整2烘干1烘干2洗涤1洗涤2,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,7,6,5,4,3,2,1,0,3,4,1,2,3,4,时间,空间,空间,时间,时间并行,时间并行空间并行,5,6,5,6,5,6,5,6,7,8,7,8,7,8,7,8,11,7.1 流水线处理,若将一重复的处理过程分解为若干子过程，每个子过程都可在专用设备构成的流水线功能段上实现，并可与其它子过程同时执行，这种技术称为流水技术。,12,7.1 流水线处理 一、流水线的一般结构,若加载的信息是数据就可以构成数据处理或运算流水线（arithmetic pipeline）。若加载的信息是指令就可以构成指令流水线（instruction pipeline）。,D2,D1,控制电路（同步时钟）,结果输出,R1,C1,段S1,R2,C2,段S2,Rm,Cm,段Sm,信息输入,图7.1 CPU中流水线的一般结构,