[转帖]处理器结构--PipeLine&SuperScalar
处理器结构--PipeLine&SuperScalarPipeLine由来最初开始,指令一条一条顺序执行,后来当工艺进步了,CPU中的元件越来越多,而在原来的顺序执行的过程中,只有一条指令的某一个阶段在执行,如取指,取数据等等,其他元件都处于等待的状态,于是为了提高CPU吞吐量,以及指令并行的效率,于是PipeLine应运而生
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PipeLine原理PipeLine是指将计算机指令处理过程拆分为多个步骤,并通过多个硬件处理单元并行执行来加快指令执行速度。其具体执行过程类似工厂中的流水线,并因此得名。
虽然分解完后,每个指令需要多个cycle后才能完成,但是通过多个指令的并行运算每个讯号内一个指令可以完成,因此通过这个方法整个速度可以提高
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PipeLine的风险与问题(Harzard)假如,一个指令在执行的时候,需要等待流水线上前一个指令先执行完毕的话,那么这两个指令相互之间彼此有依赖关系。这可能导致流水线冲突的现象发生。以下三种冲突情况可能出现:
// 前后指令间存在数据相关性,由于流水线导致read before write // 上条指令还没将结果写回reg,后面的指令就错误操作了reg中之前的数据 add R1,R2,R3; add R4,R1,R5;
这些冲突导致相对应的指令,必须在流水线的开始处等候,这会在流水线上导致空缺。这样的话流水线就不能顺利运行,处理速度便开始下降。因此要尽量避免这样的冲突。 PipeLine的解决方案
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超标量(SuperScalar)的概念处理器的内核中一般有多个执行单元(或称功能单元),如算术逻辑单元、位移单元、乘法器等等。未实现超标量体系结构时,CPU在每个时钟周期仅执行单条指令,因此仅有一个执行单元在工作,其它执行单元空闲。超标量体系结构的CPU在一个时钟周期可以同时分派(dispatching)多条指令在不同的执行单元中被执行,这就实现了指令级的并行。
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超标量实现原理标量流水线在运行的过程中,每一个Cycle只取一条指令,发射的时候也只发射一条指令。 即:在同一时刻,有多条指令被读取,译码,执行,存储,写回。
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参考资料http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/sp15/lec/13/2015Sp-CS61C-L13-kavs-Pipelining-1up.pdf (编辑:李大同) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |