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流水线冒险及解决方法
来源:互联网 更新时间: 17:25:43 责任编辑:鲁晓倩字体:
流水线冒险及解决方法
&&&&相关----由于一段机器语言程序的邻近指令之间出现了某种关联后,为了避免出错而使得它们不能同时被解释的现象,又称相关冲突。
&&&&在流水解释过程中可能会出现三种相关,这三种相关是资源相关、数据相关和控制相关。
&&& 1. 资源相关
&&& 资源相关----是指多条指令进入流水线后在同一个时钟周期内争用同一功能部件所发生的相关。
&&&&在图1所示的流水解释时空图中,在第4个时钟周期时,第I1条指令的MEM段与第I4条指令的IF段都要访问存储器。当数据和指令混存在同一个存储器且只有一个访问端口时,便会发生两条指令争用同一个存储器资源的相关冲突。
图1& 指令流水解释的时空图
&&& 解决资源相关的方法主要有以下五种:
&&& (1)从时间上推后下一条指令的访存操作。
&&& (2)让操作数和指令分别存放于两个独立编址且可同时访问的主存储器中。
&&& (3)仍然维持指令和操作数混存,但采用多模块交叉主存结构。
&&& (4)在CPU内增设指令Cache。
&&& (5)在CPU内增设指令Cache和数据Cache。
&&& 2. 数据相关
&&&&数据相关----是指由于相邻的两条或多条指令使用了相同的数据地址而发生的关联。这里所说的数据地址包括存储单元地址和寄存器地址。
&&& 例如,有如下三条指令依次流入如图2所示的流水线:
&&&&&&& ADD R1,R2,R3&&& ;(R2)+(R3)→R1
&&&&&&& SUB R1,R4,R5&&& ;(R4)-(R5)→R1
&&&&&&& AND R4,R1,R7&&& ;(R1)∧(R7)→R4
图2&三条指令流水解释的时空图
&&& 第三条指令与前面两条指令之间存在着关于寄存器R1的先写后读(RAW)数据相关。
&&& 解决数据相关的方法主要有以下两种:
&&& (1)推后相关单元的读。
图&3三条指令流水解释的时空图(用方法1解决数据相关)
&&& (2)设置相关专用通路,又称采用定向传送技术。
图4& 相关专用通路
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举例说明流水线中的几种数据相关。
流水线中的数据相关有三种类型:
(1)写后读(RAW)。如在下列一组指令中,I1指令运算结果应先写入R1,然后在I2指令中读出R1的内容,即写数指令在前,读数指令在后。
(2)读后写(WAR)。如在下列这组指令中,I3指令应先读出R6的内容并存入存储器,然后在I4指令中将运算结果写入R6,即读数指令在前,写数指令在后。
(3)写后写(WAW)。在下列这组指令中,如果I6指令的与运算结果早于I5指令的除法结果,变成I6指令在I5指令写入R3前就写入R3,导致R3内容错误,发生写后写相关。
所属学科:
试题类型:主观题
所属知识点:
试题分数:10.0 分
暂未组卷。
暂无学习笔记。
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