流水线技术动画

3.1 流水线的基本概念
➢ 产品生产流水线两种方案 ➢ 产品生产流水线两种方案的工作过程对比 ➢ 流水线生产过程的抽象描述 ➢ 产品生产流水线工作方式的主要特点 ➢ 指令流水线 ➢ 浮点加法流水线 ➢ 时－空图 ➢ 通过时间 ➢ TI ASC的多功能流水线
➢ 静态流水线动画演示 ➢ 动态流水线动画演示 ➢ 静、动态流水线时空图的对比 ➢ 指令流水线(分析和执行) ➢ 指令流水线(图示) ➢ 宏流水线动画解析 ➢ 非线性流水线(举例线 ➢ 暂停流水线演示A ➢ 暂停流水线演示B ➢ A＝B＋C的代码会导致暂停 ➢ 例3.6题解 ➢ 流水线相关硬件可以检测到的各种相关情况 ➢ 在ID段检测是否需要启动Load互锁需要进行三种比较 ➢ 所有的定向 (图示) ➢ 分支转移成功导致暂停3个时钟周期 ➢ 为了减少分支开销改进DLX
➢ 写回周期操作1 ➢ 写回周期操作2 ➢ 写回周期操作3 ➢ 简单DLX流水线流水过程的第一种描述 ➢ 简单DLX流水线流水过程的第二种描述 ➢ 在IF段完成修改PC ➢ 分支指令在MEM段进行，这会导致冲突 ➢ 重新组织数据通路 ➢ 流水线各段之间需设置流水线寄存器 ➢ 流水线寄存器的命名
➢ 流水线寄存器的作用 ➢ 流水线寄存器的构成 ➢ IF段的操作 ➢ ID段的操作 ➢ ALU指令EX段的操作 ➢ ALU指令MEM段的操作 ➢ ALU指令WB段的操作 ➢ Load/Store指令EX段的操作 ➢ Load/Store指令MEM段的操作 ➢ Load/Store指令WB段的操作
3.4 实例分析 ( R4000 )
➢ MIPS R4000 流水线结构 ➢ MIPS R4000流水线中各段的功能 ➢ MIPS R4000指令序列在流水线中的重叠执行过程 ➢ MIPS R4000流水线的载入延迟为两个时钟周期 ➢ MIPS R4000指令序列在流水线中的执行时空 ➢ R4000流水线ALU输入端的定向源有4个 ➢ MIPS R4000的基本分支延迟：3个时钟周期 ➢ MIPS R4000处理分支指令的时空图
➢ 从时－空图上看效率(解释) ➢ 例3.1适合于流水处理的计算过程 ➢ 例3.1画时空图 ➢ 例3.1计算性能 ➢ 求解例3.1时，流水线的效率不高(原因) ➢ 动态流水线的时－空图举例Ⅰ ➢ 动态流水线的时－空图举例 Ⅱ
3.3 流水线中的相关
➢ 结构相关举例（访存冲突） ➢ 结构相关解决办法（插入暂停周期） ➢ 引入暂停后的时空图 ➢ 数据相关举例 ➢ 采用定向技术消除例子中的相关 ➢ 定向技术工作过程演示 ➢ 到数据存储器和ALU的定向路径 ➢ 数据相关的分类 ➢ WAW相关举例 ➢ 需要暂停的数据相关举例
➢ 分支指令EX段的操作
➢ 控制DLX流水线的四个多路选择 ➢ 消除瓶颈的方法(举例) ➢ 重复设置瓶颈段(时-空图) ➢ 求实际吞吐率（各段时间相等）时空图
➢ 完成 n 个任务所需的时间(说明)
➢ 求实际吞吐率（各段时间不等）时空图 ➢ 非流水线的速度(解释)
➢ 通过时间和排空时间
➢ 若各段时间相等，则各段的效率ei相等
3.2 DLX 的基本流水线
➢ 实现DLX指令的一种简单数据通路 ➢ 取指令周期操作 ➢ 指令译码/读寄存器周期操作 ➢ 执行/计算有效地址周期操作1 ➢ 执行/计算有效地址周期操作2 ➢ 执行/计算有效地址周期操作3 ➢ 执行/计算有效地址周期操作4 ➢ 存储器访问/分支完成周期操作1 ➢ 存储器访问/分支完成周期操作2
3.5 向量处理机
➢ 长度为 N 的向量A、B、C、D ➢ 水平(横向)处理方式 ➢ 垂直(纵向)处理方式 ➢ 存储器-存储器型操作的运算流水线 ➢ 分组(纵横)处理方式 ➢ 寄存器-寄存器型操作的运算流水线举例 ➢ CRAY-1的基本结构 ➢ CRAY-1向量指令类型 ➢ 链接特性
➢ 改进后的DLX流水线IF的操作 ➢ 改进后的DLX流水线ID的操作 ➢ 各种能改变PC值的指令的执行频度 ➢ 条件分支转移成功的概率 ➢ 预测分支失败时，DLX流水线的处理过程 ➢ 延迟分支以及指令的执行顺序 ➢ 具有一个分支延迟槽的DLX流水线的执行过程 ➢ 分支延迟指令的三种调度方法 ➢ 取消分支 ➢ “预测成功-取消”分支的执行过程