第6章-控制器-加速指令执行的方法

Posted 2021-07-24 可能自洽

时序：同步、异步和联合
指令执行：顺序、重叠和流水

一、指令的重迭控制

重迭技术是50年代初出现的，简单的说就是一条指令还没执行完就开始执行下一条指令。

“取指”与“执行” 重迭，CPU工作周期没延长。
使用一套分析部件和一套执行部件

注意：
① 重迭不能加快一条指令的实现，只能加快相邻两条指令或一段程序的实现；
② 实现重迭，须以不增加功能部件（如：取指、分析、执行等）为前提；
③ 实现重迭，控制上要解决许多问题。

二、指令的流水控制

思路：将一个复杂过程分成多个需时相等的子过程，每个子过程由一个独立的功能部件完成。

分类：
指令流水线（例）、运算流水线（浮点运算）
注意：

1. 流水线只能使用一套功能部件
2. 要保证流水线的效率，必须使流水线不断流
3. 流水控制要解决许多控制上的问题。（系统结构详讲）

流水线计算机的分类
① 按流水线处理级别分
➢ 部件级：部件的各子部件间
➢ 处理机级：处理机的各部件间
➢ 系统级（宏流水）：系统的多个处理机间
② 按完成的功能分
➢ 单功能流水
➢ 多功能流水
多功能流水线：是指在流水线的各段可以进行不同的链接，在不同时间内，或者在同一时间内，通过不同的方式实现不同的功能。
③ 按联接切换方式分
➢ 静态：一段时间内只能一种方式，完成后才能切换
➢ 动态：随时进行切换
④ 按处理的数据类型分
➢ 标量流水线：只处理标量
➢ 向量流水线：向量数据表示、向量指令、向量硬件，对向
量的各元素流水处理
⑤ 按流水线的结构分
➢ 线性流水线：串行连接，无反馈
➢ 非线性流水线：有反馈，重复或跳过某段
➢ 超标量流水线：在一个时钟周期内一条流水线可执行一条以上的指令。一条指令分为十几段指令来由不同电路单元完成。
➢ 动态流水线(dynamic pipelining)是指在同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。连接方式是有条件的，要求流水线中各个功能部件之间不能发生冲突。