处理器流水线——时空图作图原理

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了处理器流水线——时空图作图原理。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

目录

一、基础知识

1、每个阶段的含义

 2、为何要产生阻塞

3、何时才能产生阻塞

4、产生阻塞的条件

5、产生阻塞的流程以及后续情况

6、特殊情况

二、具体问题分析


一、基础知识

1、每个阶段的含义

处理器流水线——时空图作图原理

处理器流水线——时空图作图原理

 2、为何要产生阻塞

处理器流水线——时空图作图原理

上一条需要写寄存器指令的目的寄存器与当前指令的源寄存器相同,使得当前指令需要用到上一条指令的结果,若顺序执行,由于上一条指令还未写入寄存器,使得本条指令源寄存器中的数据不是正确的,那么EX阶段得到的结果也是错误的,所以为了得到正确的数据,不得不等待上一条指令将结果写回到目的寄存器中或者可能需要等待旁路得到正确指令。即产生阻塞。

无转发和有转发的区别

无转发不能在中间过程得到所需的数据。只能等待上一条指令的WB阶段执行时,才能同时执行ID阶段。(一个时钟周期内,前半个时钟周期WB先写入寄存器,后半个时钟周期ID读取寄存器,先写后读,各占一半,所以WB和ID可以同时进行,ID可以取到正确的数据)

有转发可以在中间阶段从流水线寄存器组里通过旁路得到所需要的数据。只要流水线寄存器组内有了需要的值即可。

处理器流水线——时空图作图原理

3、何时才能产生阻塞

        要得知是否产生阻塞,则需要得知上一条指令是什么,以及当前指令是什么(因为只有Write after Read才可能阻塞)。而得知指令具体是什么,在IF阶段(通过PC中的指令地址在指令存储器中取指令)是不能得知的,只能在ID阶段(指令译码和读寄存器堆)进行译码才能得知当前指令与上一条指令是否需要产生阻塞。

所以即使是如下指令:

lw $t0,200($s0)

add $t1,$t0,$s1

在lw进行ID阶段时,add指令也一定会执行IF阶段,因为此时是不知道是否产生阻塞的。

指令执行情况:

处理器流水线——时空图作图原理

4、产生阻塞的条件

处理器流水线——时空图作图原理

对于每一条指令,对应阶段的流水线寄存器会保存该指令的数据和控制信号。

处理器流水线——时空图作图原理

(1)无转发(无旁路):

第一种情况:只能等待上一条指令的结果写回寄存器

①ID/EX.RegWrite=1//上一条是写寄存器的指令,包括lw和add等

②上一条写指令的目的寄存器与当前源寄存器冲突

第二种情况:间隔阻塞

lw $t1,2304($t0)

sub $0,$s3,$t2

add $s1,$t1,$0//t1必须等第一条lw的t1取回才行。

(2)有转发

①ID/EX.MemRead=1  //上一条指令是存储器读指令,即lw指令

②ID / EX.RegisterRt = IF/ID. RegisterRs or
ID/ EX.RegisterRt = IF/ IDRegisterRt  //上一条指令的目的寄存器和本条指令的源寄存器相同
处理器流水线——时空图作图原理

5、产生阻塞的流程以及后续情况

基本认知:

当流水线发生阻塞时,阻塞的流水线寄存器和PC保持数据不变,直到可以执行时才开始顺序执行,即当前指令发生阻塞,同样表现为以后的指令阻塞。阻塞是通过产生空指令实现的,而锁定不变的部分,但是同样会往前执行,只是锁定的内容不再更改。

因为是顺序执行的,当前指令在执行当前阶段时,下一条指令只可能执行上一阶段。

如(随便举个例子,不用考虑实际第一条指令和第二条指令为什么是这样的):

处理器流水线——时空图作图原理

处理器流水线——时空图作图原理

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

无转发:若上一条指令是写寄存器指令,由于不能通过旁路得到正确数据,则必须从寄存器里取得,所以当前指令的ID阶段 必须等到 上一条指令的WB阶段时才能执行。

当前指令地址给PC,PC经过IF,数据存入IF/ID,PC=PC+4;继续执行到ID译码,发现前一条写指令的目的寄存器和当前指令的源寄存器相同,锁定PC和IF/ID保持不变,对ID阶段的控制清0(这些控制信号在每个时钟周期都向前传递, 但不会产生不良后果,因为如果控制信号都是0, 那么所有寄存器和存储器都不进行写操作,相当于只是推迟ID的执行),直到上一条指令执行到WB,解锁PC和IF/ID,不再清0控制。

A:lw $t0,200($s0)

B: add $t1,$t0,$s1

C:addi $t1,$t1,2304

D:sub  $s1,$s2,$s3

处理器流水线——时空图作图原理

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

处理器流水线——时空图作图原理

有转发

当前指令地址给PC,PC经过IF到IF/ID,PC=PC+4(下一条指令地址给PC),继续执行到ID译码(并且同时进行的IF阶段),发现前一条指令的目的寄存器和当前指令的源寄存器相同,锁定PC和IF/ID保持不变,此时并不需要对ID阶段的控制清0,因为我们只用在EX阶段取到正确的值即可,这个值可来源于旁路。所以只对EX阶段的控制清0,这样ID实际上是执行了的(锁定ID/EX实际上也行,不锁定也行),因为IF/ID的数据一直在往前送,直到上一条指令执行完MEM,解锁PC和IF/ID,不再清0控制,再一起往前运行。

处理器流水线——时空图作图原理

A:lw $t0,200($s0)

B: add $t1,$t0,$s1

C:addi $t1,$t1,2304

处理器流水线——时空图作图原理

6、特殊情况

①取最近旁路的值

两种旁路,第一种答案可从EX/MEM中取得,第二种答案可从MEM/WB中取得。

情况:

一个指令的两个源寄存器分别是上两个指令的目的寄存器。如:

add $s0,$t0,$t1

add $t1,$t2,$t0

add $s1,$s0,$t1

这时,当第三条add到ALU输入时,第二条已经ALU运算完了,结果在EX/MEM里可以取出,第一条已经到MEM/WB里,可以取出

一个指令的一个源寄存器是上两个指令的目的寄存器。如:

add $t1,$t0,$t1

add $t1,$t2,$t0

add $s1,$s0,$t1

这时第二条已经ALU运算完了,结果在EX/MEM里可以取出,第一条已经到MEM/WB里,可以取出,但是第三条需要的t1是最新的t1也就是第二条指令里面的t1,所以它需要从最新的EX/MEM中取出。阻断MEM/WB的。

一个指令的一个源寄存器是上一个指令的目的寄存器或者是上上一个指令的目的寄存器。

②$0寄存器不接受旁路

add $0,$t1,$t2

add $t3,$0,$t1

        上一条指令的目的寄存器为$zero不接受旁路。并不是$zero的值被修改了,实际上零号寄存器的值没有被修改。上一条指令的ALU的计算结果放在了EX/MEM流水线寄存器组里面,这个时候的结果并没有传给$zero,而此时目的寄存器实实在在确实是$zero,也就是说,它会误认为现在EX/MEM流水线寄存器组里面的值就是需要的结果值,也就ID/EX.RS=EX/MEM.Rd成立,所以会把结果值通过旁路拿出来,但实际上$zero还是那个zero。这种命令它只判断目的寄存器是否为源寄存器,然后把流水线的值转发给ALU,这个流水线的值实际上并不是目的寄存器的现有值。实际上需要在旁路的判断条件上加上EX/MEM.Rd≠$zero,所以$0寄存器不接受旁路,而直接采用当前值。

二、具体问题分析

处理器流水线——时空图作图原理

无转发

处理器流水线——时空图作图原理

无转发,ID必须等到上一条指令写回才能运行。所以遇到写指令的目的寄存器和源寄存器相同,就得将ID推迟到上一条指令的WB。

处理器流水线——时空图作图原理

有转发

处理器流水线——时空图作图原理

处理器流水线——时空图作图原理文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-477956.html

到了这里,关于处理器流水线——时空图作图原理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 计组高分笔记:【05】中央处理器 「CPU细节 | 取指周期 | 间址周期 | 执行周期 | 中断周期 | 数据通路 | 硬布线控制器 | 微程序控制器 | 指令流水线 | LOAD | STORE」

    CPU由 运算器 和 控制器 组成。 注意:n位CPU,指机器字长为n,表示一次能够处理的二进制位数。自然与数据总线相等 1.1.1 运算器的基本组成 功能:对数据进行加工 通用寄存器组 :如AX、BX、CX、DX、SP等,用于存放操作数(包括源操作数、目的操作数及中间结果)和各种地址

    2024年02月11日
    浏览(43)
  • 1.6流水线:流水线、流水线周期、流水线执行时间、流水线吞吐率、流水线加速比

    相关参数计算:流水线执行时间计算、流水线吞吐率、流水线加速比等。 流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的,它们可同时为多条指令的不同部分进行工作,以提高各部件的利用率和指令的平均

    2024年02月09日
    浏览(52)
  • 8位加法器的流水线设计(2级流水、四级流水)

    思考:流水线的设计是为了提高频率,在一个耗时比较长的组合逻辑中,加入寄存器, 可以将这个较长的组合逻辑分裂几份,从而提升主频,缺点是增加了寄存器的资源。 二级流水线的加法器的设计思想如下: 在第一个周期完成低四位的加法计算,使用一个四位加法器即可

    2024年02月11日
    浏览(46)
  • 云效-流水线(基本教程)

    阿里云效地址: https://accountid-devops.aliyun.com/ 代码在码云, 服务器在腾讯云, 代码是个聚合代码 1. 选择适合自己的模板 2. 创建码云链接 3. 选择代码仓库, 分支即可下一步 4. 部署,主机部署 5. 保存运行(获取打包路径) 6. 完善部署命令 按自己的需求进行填写, 包括打包成docker镜像

    2024年02月09日
    浏览(55)
  • jenkins流水线

    1、 二、 三、 四、 五、 六、  

    2024年02月05日
    浏览(56)
  • UnityShader(一)渲染流水线

    目录 一、什么是渲染流水线 二、渲染流程的三个概念性阶段 1.应用阶段(Application Stage) 一、准备好场景数据 二、粗粒度剔除 三、设置渲染状态 2.几何阶段(Geometry Stage) 3.光栅化阶段(Rasterizer Stage) 三、CPU和GPU的通信 1.把数据加载到显存中 2.设置渲染状态 3.调用Draw Ca

    2024年02月02日
    浏览(46)
  • Jenkins流水线怎么做?

    问CHAT:Jenkins流水线怎么做? CHAT回复:Jenkins流水线是一种创建、测试和部署应用程序的方法。以下是为Jenkins创建流水线的步骤: 1. 安装Jenkins:首先你需要在你的服务器上安装Jenkins。这个过程可能会根据你的操作系统有所不同。 2. 安装必要的插件:为了使流水线工作,你需

    2024年01月24日
    浏览(54)
  • Jenkins的流水线详解

    来源:u.kubeinfo.cn/ozoxBB 什么是流水线 声明式流水线 Jenkinsfile 的使用 jenkins 有 2 种流水线分为 声明式流水线 与 脚本化流水线 ,脚本化流水线是 jenkins 旧版本使用的流水线脚本,新版本 Jenkins 推荐使用声明式流水线。文档只介绍声明流水线。 声明式流水线 在声明式流水线语

    2024年02月11日
    浏览(47)
  • 【Jenkins】pipeline流水线

    流水线既能作为任务的本身,也能作为jenkinsfile,使用流水线可以让我们的任务从ui手动操作,转换为代码化,像docker的dockerfile一样,从shell命令到配置文件,更适合大型项目,可以让团队其他开发者同事参与进来,同时也可以编辑开发jenkinswebui不能完成的复杂的构建逻辑,作

    2024年02月09日
    浏览(74)
  • Jenkins 流水线多阶段构建

    Jenkins流水线配置遇到 无法识别的。需要使用 自定义环境 项。 比如官网的在流水线中使用Docker Started by remote host 172.17.0.1 Obtained Jenkinsfile from git http://10.99.20.51:8082/root/java-devops-demo.git org.codehaus.groovy.control.MultipleCompilationErrorsException: startup failed: WorkflowScript: 28: Invalid agent type “

    2024年04月22日
    浏览(37)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包