处理器的流水线布局会影响加载-使用延迟。该图显示了传统的 RISC、MIPS 和 CISC 流水线布局以及相关的加载-使用延迟。在传统的四级 RISC 流水线中，首先，在 D 阶段访问寄存器以获取地址计算的组成部分，例如指定基址或索引寄存器的内容。接下来在 E 阶段，使用 FX 加法器计算有效（虚拟）地址。在本周期结束时，虚拟地址可以发送到 MMU 和/或缓存。假设使用高性能缓存，数据将... 阅读更多

在本节中，我们关注流水线加载/存储处理（如加载-使用延迟）的一个重要性能指标。加载-使用延迟的值是加载流水线执行的特征属性。较大的加载-使用值会严重阻碍处理器性能，尤其是在超标量处理器中。加载-使用延迟源于加载-使用依赖关系，这是一种 RAW 依赖关系。如果加载指令的结果无法及时被流水线访问以供后续指令使用，则加载-使用依赖关系会导致加载-使用延迟。加载-使用延迟可以通过静态或动态方式处理。如果静态解析... 阅读更多

加载和存储是频繁的操作，尤其是在 RISC 代码中。在执行 RISC 代码时，我们可以预期会遇到大约 25-35% 的加载指令和大约 10% 的存储指令。因此，有效地执行加载和存储指令具有重要意义。它可以总结在加载或存储指令期间必须执行的子任务，如图所示。让我们首先考虑加载指令。它的执行从确定要从中提取数据的有效内存地址 (EA) 开始。在这种情况下，就像 RISC 处理器一样，这可以通过两个步骤完成：... 阅读更多

FX 流水线可以实现为通用 FX 单元或专用 FX 单元。此外，处理器可以包含单个通用单元或多个通用单元。单个通用 FX 单元所有早期和一些当前设计都采用单个通用 FX 流水线，即单个 FX 单元，如图所示。这里的形容词“通用”指的是执行处理器所有整数和布尔运算的能力。除了 20 世纪 80 年代早期的流水线处理器外，i486、IBM Power1 (RS/6000)、R (4000)、HP 7100、DEC α 21064、PowerPC 601 和 Power603 都有一个单个通用 FX 流水线，因此... 阅读更多

FX 流水线的逻辑布局首先包括指定 FX 流水线有多少个阶段以及在这些阶段中要执行哪些任务。设计空间的另一个关键方面是如何实现 FX 流水线。FX 流水线可以从更广泛和更狭义的角度进行解释。从更广泛的意义上讲，它涵盖了指令获取、解码、执行以及如果需要则回写等完整任务。在这种情况下，它通常也用于执行 L/S 和分支指令，并被称为主流水线。从更狭义的意义上讲，FX... 阅读更多

非流水线处理器的性能以指令的周期时间和执行时间为特征。在流水线执行的情况下，指令处理在流水线中交错进行，而不是像非流水线处理器那样顺序执行。因此，指令执行时间这一概念没有意义，流水线处理器的深入性能规范需要三个不同的指标：处理器的周期时间以及指令的延迟和重复率值。周期时间定义了每个阶段完成重要操作的可访问时间。处理器的周期时间... 阅读更多

流水线指令处理涵盖两个关键要素，即指令流水线的规范或逻辑布局和实现。逻辑布局决定了要熟练掌握的任务。它包括要执行的流水线的声明，以及每个流水线的详细规范，包括要实现的子任务及其执行顺序。在当前的处理器中，为每个主要指令类别声明了多个流水线。通常，存在独立的流水线来处理 FX 和逻辑数据（称为 FX 流水线）、FP 数据（FP 流水线）、加载和存储（称为... 阅读更多

流水线定义了处理的时域重叠。流水线在计算中比装配线更为空洞，可用于指令处理或更一般的方法，用于执行任何复杂操作。它仅可用于相同任务的序列，非常类似于装配线。流水线包括几个阶段，每个阶段对应一个子任务，如图所示。这些阶段通过称为锁存器的寄存器彼此解耦。每个时钟样式结束时，锁存器会将其输入门控并将其转发到相关阶段，在相关阶段执行所需的操作... 阅读更多

流水线定义了处理的时域重叠。流水线在计算中比装配线更为空洞，可用于指令处理或更一般的方法，用于执行任何复杂操作。它仅可用于相同任务的序列，非常类似于装配线。基本流水线按照以下操作原理处理一系列任务（包括指令）：每个任务都细分为多个连续的子任务，如图所示。例如，寄存器-寄存器指令的执行可以分解为指令获取、解码、执行和回写。一个... 阅读更多

当指令并行处理时，需要检测和解决指令之间的依赖关系。它通常可以讨论与处理器类别和独立包含的处理函数相关的依赖关系检测和解决。如果一条指令需要先前已发出指令可以利用的硬件资源，则该指令在资源上依赖于已发出的指令。例如，如果只有一个非流水线的除法单元可用，就像 ILP 处理器中通常一样，那么在代码序列中，第二个除法指令在资源上依赖于第一个指令，并且不能并行执行。资源依赖关系是由... 阅读更多