coursera課件控制冒險的處理

1、控制的處理 慕課計算機組成制作人：本節(jié)轉(zhuǎn)移指令對流水線的影響流水線的最終性能目標(biāo)：最大的指令吞吐率T1T2T3T4T5T6T7T8T9這段循環(huán)執(zhí)行期間50%的性能被浪費addsub取指譯碼執(zhí)行訪存回寫beq取指譯碼執(zhí)行訪存回寫lwadd Next:subbeq lw sw ori取指譯碼執(zhí)行訪存回寫$s3,$s3,1$s4,$s4,1$s3,$s4,Next$s0,16($s1)$s5,20($s6)$s7,$s7,4swsub轉(zhuǎn)移指令：sw改變指令流向，破壞流水模式取指譯碼執(zhí)行訪存beq取指譯碼執(zhí)行l(wèi)w取指譯碼取指取指譯碼執(zhí)行訪存回寫取指譯碼執(zhí)行訪存回寫轉(zhuǎn)移指令對性能的影響Pipeline

2、stall cycles from branches= Branch Frequency Branch Penalty轉(zhuǎn)移指令所占比例（Branch Frequency）每隔4到7條指令就會有一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移指令所占比例大約為15%25%轉(zhuǎn)移指令損失（Branch Penalty）Alpha 21264：轉(zhuǎn)移損失平均為7個周期Pentium III：轉(zhuǎn)移損失平均為1015個周期AMD Athlon K7：轉(zhuǎn)移損失10個周期以上量處理器實例流水線越深，量數(shù)越多，轉(zhuǎn)移指令帶來的影響越大ARM Cortex-A15 3發(fā)射15級流水el Core i7 4發(fā)射16級流水轉(zhuǎn)移開銷當(dāng)執(zhí)行了轉(zhuǎn)移指令，并確

3、實發(fā)生轉(zhuǎn)移時，產(chǎn)生如下的開銷，稱為“轉(zhuǎn)移開銷”將按順序預(yù)取的指令（即“排空流水線”）從轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址重新取指令轉(zhuǎn)移開銷的“要不要轉(zhuǎn)移？”：轉(zhuǎn)移條件判定引起的開銷“轉(zhuǎn)移到哪里？”：生成目標(biāo)地址引起的開銷轉(zhuǎn)移指令的分類無條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移x86示例：JMPCALLx86示例：JZLOOP直接轉(zhuǎn)移MIPS示例： jjalMIPS示例： beq $t0, $t1,bgez$t0,x86示例：JMP JMPDWORD EAXPTR30H間接轉(zhuǎn)移CALLEAXMIPS示例： jr$t0無條件轉(zhuǎn)移直接轉(zhuǎn)移j目標(biāo)地址計算方法NewPC =(PC+4)31.28,address,006-bit26-bitJ3126

4、250opcodeaddress無條件 直接 轉(zhuǎn)移（j）執(zhí)行取指譯碼訪存寫回Instruction Word32rd515rt50rs5rt5bA32busW3232所需信息在取指0bB0階段即可獲得32（流水線不停頓）32Data In11imm1621632 Extender PCALUPC updateWrEnAdrData MemoryRwRa RbRegFile32-bit32InstructionMemoryAddress3uu32無條件轉(zhuǎn)移間接轉(zhuǎn)移jrrs目標(biāo)地址計算方法NewPC=Rrs6-bit5-bit5-bit5-bit5-bit6-bitR3126252120opcod

5、ersrtrdshamtfunct無條件 間接 轉(zhuǎn)移（jrrs） 取指 譯碼 執(zhí)行 訪存 寫回 Instruction Word32rd515rt50rs5rt5譯碼階段才能獲得轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址（流水線停頓 周期32bA32busW320bB03232Data In11imm1621632 Extender PCALUPC updateWrEnAdrData MemoryRwRa RbRegFile32-bit32InstructionMemoryAddress3uu32條件轉(zhuǎn)移直接轉(zhuǎn)移beqrs,rt,imm16目標(biāo)地址計算方法if(Rrs-Rrt=0)thenelse6-bitNewNewPC

6、PC=PCPC+44+;SignExtimm16*4;5-bit5-bit16-bitI312625212016150opcodersrtimmediate條件轉(zhuǎn)移（beq 取指 rs,rt,imm16） 譯碼 執(zhí)行 訪存 寫回 Instruction Word32rd515rt50rs5rt5譯碼階段才能獲得待比較的寄存器內(nèi)容（流水線停頓 周期32bu A32busW320busB3203232Data In11imm162執(zhí)行階段才能完成轉(zhuǎn)移條件的判定（流水線停頓2周期）1632 Extender PCALPC updateWrEnAdrData MemoryRwRa RbRegFile3

7、2-bit32InstructionMemoryAddress3條件轉(zhuǎn)移（beq 取指 rs,rt,imm16） 譯碼 執(zhí)行 訪存 寫回 Instruction Word32rd515rt50rs5rt5在寄存器堆的輸出端增加額外的比較電路（流水線停頓1周期）32bA32busW320bB03232Data In11imm1621632 Extender PCALUPC updateWrEnAdrData MemoryRwRa RbRegFile32-bit32InstructionMemoryAddress3uu32控制的影響無條件直接轉(zhuǎn)移：流水線無停頓j無條件間接轉(zhuǎn)移：流水線停頓1個周期jrrs條件轉(zhuǎn)移：beq rs,rt,imm16流水線停頓1個周期延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)流水線不停頓！xor addi subi beq slt$s1,$t1,$t2,$t1,$s4,$s2,$t3,$t4,$t2,$s5