流水线技术--MIPS R4000流水线计算机简介
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虚拟存储器的特点 1／14
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. 流水线中各段的功能
虚拟存储器的特点
2／14
4．指令序列在流水线中的重叠执行过程
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
5. 载入延迟为两个时钟周期
虚拟存储器的特点
4／14
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
4
8 36 112 2 2
U,S+A,A+R,R+S
U,E+M,M,M,M,N,N+A,R U,A,R,D28,D+A,D+R,D+A,D+R,A,R U,E,(A+R) 108,A,R U,S U,S
wk.baidu.com
浮点比较
3
2
U,A,R
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
◆ 采用单周期延迟分支
◆ 预测分支：失败分支
◆ 处理分支指令的时空图
虚拟存储器的特点
9／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3.4.2 MIPS R4000 浮点流水线
1. R4000浮点部件 ◆ 1个浮点除法器 ◆ 1个浮点乘法器 ◆ 1个浮点加法器
6. 指令序列在流水线中的执行时空图
虚拟存储器的特点
5／14
7. R4000流水线的定向路径比DLX流水线的多 ALU输入端的定向源有4个：EX/DF，DF/DS，DS/TC，TC/WB
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
8. 分支处理
◆ 在EX段完成分支条件的计算
基本分支延迟：3个时钟周期
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. R4000浮点流水线是一种多功能非线性流水线 4. 双精度浮点操作指令的延迟、启动间隔以及 流水段的使用情况 （表3.9）
虚拟存储器的特点
13／14
表3.9
浮点指令 延 迟
初始化 间隔 3
4 35 111 1 1
使用的流水段
加、减
乘 除 求平方根 取反 求绝对值
2．8个流水段
(表3.8）
虚拟存储器的特点
11／14
表3.8
流水段 A D E M 功能部件 浮点加法器 浮点除法器 浮点乘法器 浮点乘法器 描 述
尾数加流水段 除法流水段 例外测试段 乘法器第一个流水段
N
R S U
虚拟存储器的特点
浮点乘法器
浮点加法器 浮点加法器
乘法器第二个流水段
舍入段 操作数移位段 展开浮点数
第三章 流水线技术
3.4
MIPS R4000流水线计算机简介
3.4.1 MIPS R4000 整型流水线
1. 指令集：MIPS-3 指令集(64位),类似于DLX 2．MIPS R4000 流水线结构 共8个段：较深的流水线有利于提高时钟频率。 超级流水 与DLX流水线相比：把访存操作进一步分段。 取指令：IF，IS 读写数据：DF，DS，TC
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. 流水线中各段的功能
虚拟存储器的特点
2／14
4．指令序列在流水线中的重叠执行过程
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
5. 载入延迟为两个时钟周期
虚拟存储器的特点
4／14
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
4
8 36 112 2 2
U,S+A,A+R,R+S
U,E+M,M,M,M,N,N+A,R U,A,R,D28,D+A,D+R,D+A,D+R,A,R U,E,(A+R) 108,A,R U,S U,S
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浮点比较
3
2
U,A,R
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
◆ 采用单周期延迟分支
◆ 预测分支：失败分支
◆ 处理分支指令的时空图
虚拟存储器的特点
9／14
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3.4.2 MIPS R4000 浮点流水线
1. R4000浮点部件 ◆ 1个浮点除法器 ◆ 1个浮点乘法器 ◆ 1个浮点加法器
6. 指令序列在流水线中的执行时空图
虚拟存储器的特点
5／14
7. R4000流水线的定向路径比DLX流水线的多 ALU输入端的定向源有4个：EX/DF，DF/DS，DS/TC，TC/WB
虚拟存储器的特点
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
8. 分支处理
◆ 在EX段完成分支条件的计算
基本分支延迟：3个时钟周期
3.4 MIPS R4000流水线计算机简介
3. R4000浮点流水线是一种多功能非线性流水线 4. 双精度浮点操作指令的延迟、启动间隔以及 流水段的使用情况 （表3.9）
虚拟存储器的特点
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表3.9
浮点指令 延 迟
初始化 间隔 3
4 35 111 1 1
使用的流水段
加、减
乘 除 求平方根 取反 求绝对值
2．8个流水段
(表3.8）
虚拟存储器的特点
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表3.8
流水段 A D E M 功能部件 浮点加法器 浮点除法器 浮点乘法器 浮点乘法器 描 述
尾数加流水段 除法流水段 例外测试段 乘法器第一个流水段
N
R S U
虚拟存储器的特点
浮点乘法器
浮点加法器 浮点加法器
乘法器第二个流水段
舍入段 操作数移位段 展开浮点数
第三章 流水线技术
3.4
MIPS R4000流水线计算机简介
3.4.1 MIPS R4000 整型流水线
1. 指令集：MIPS-3 指令集(64位),类似于DLX 2．MIPS R4000 流水线结构 共8个段：较深的流水线有利于提高时钟频率。 超级流水 与DLX流水线相比：把访存操作进一步分段。 取指令：IF，IS 读写数据：DF，DS，TC