计算机系统结构补充
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
补充
【4.1 指令级并行的概念】
例：for (i=999; i>=0; i=i-1)
x[i] = x[i] + s;
考虑对应的DLX 汇编语言实现.
约定：x[0] 的内存地址为8(R2) （为简单起见）
R1的初值为x[999]的地址
F2中存放的值为常量s
不考虑分支转移的延迟时间
LOOP: LD F0, 0(R1)
ADDD F4, F0, F2
SD F4, 0(R1)
DADDUI R1, R1, #-8
BNE R1, R2,LOOP
实际运行：
(1) LOOP: LD F0, 0(R1)
(2) (空转)
(3) ADDD F4, F0, F2
(4) (空转)
(5) (空转)
(6) SD F4, 0(R1)
(7) DADDUI R1, R1, #-8
(8) (空转)
(9) BNE R1, R2,LOOP
一共9 个时钟周期，其中有 4 个空转周期。
指令调度：
(1) LOOP: LD F0, 0(R1)
(2) (空转)
(3) ADDD F4, F0, F2
(4) (空转)
(5) DADDUI R1, R1, #-8
(6) SD F4, 8(R1)
(7) BNE R1, R2,LOOP
一共7 个时钟周期，其中有 2 个空转周期。
这种指令调度由编译器完成的，其基本思想是将指令序列中的“无关”指令调入空转周期。
循环展开(4次)：
(1) LOOP: LD F0, 0(R1)
(2) (空转)
(3) ADDD F4, F0, F2
(4) (空转)
(5) (空转)
(6) SD F4, 0(R1)
(7) LD F0, -8(R1)
(8) (空转)
(9) ADDD F4, F0, F2
(10) (空转)
(11) (空转)
(12) SD F4, -8(R1)
(13) LD F0, -16(R1) (14) (空转)
(15) ADDD F4, F0, F2
(16) (空转)
(17) (空转)
(18) SD F4, -16(R1)
(19) LD F0, -24(R1)
(20) (空转)
(21) ADDD F4, F0, F2
(22) (空转)
(23) (空转)
(24) SD F4, -24(R1)
(25) DADDUI R1, R1, #-32
(26) (空转)
(27) BNE R1, R2,LOOP
循环展开4次，每次迭代分配不同的寄存器：
(1) LOOP: LD F0, 0(R1)
(2) (空转)
(3) ADDD F4, F0, F2
(4) (空转)
(5) (空转)
(6) SD F4, 0(R1)
(7) LD F6, -8(R1)
(8) (空转)
(9) ADDD F8, F6, F2
(10) (空转)
(11) (空转)
(12) SD F8, -8(R1) (13) LD F10, -16(R1)
(14) (空转)
(15) ADDD F12, F10, F2
(16) (空转)
(17) (空转)
(18) SD F12, -16(R1)
(19) LD F14, -24(R1)
(20) (空转)
(21) ADDD F16, F14, F2
(22) (空转)
(23) (空转)
(24) SD F16, -24(R1)
(25) DADDUI R1, R1, #-32
(26) (空转)
(27) BNE R1, R2,LOOP
一共27 个时钟周期，平均每次循环使用27 / 4 =6.7个周期循环展开+指令调度(循环展开调度)：
(1) LOOP: LD F0,0(R1)
(2) LD F6,-8(R1)
(3) LD F10,-16(R1)
(4) LD F14,-24(R1) (5) ADDD F4,F0,F2
(6) ADDD F8,F6,F2
(7) ADDD F12,F10,F2
(8) ADDD F16,F14,F2
(9) SD F4, 0(R1)
(10) SD F8, -8(R1)
(11) SD F12, -16(R1) (12) DADDUI R1, R1, #-32
(13) SD F16, 8(R1)
(14) BNE R1, R2,LOOP
一共14 个时钟周期，平均每次循环使用14 / 4 3.5个周期。所有“空转”消失，即数据相关被消除，达到完全指令级并行。
【结论】：由编译器所完成的循环展开和指令调度(静态调度)，能有效提高指令级并行。
【4.2动态算法之一：记分牌】
例子：
假设流水线延迟如下：加法 2 个时钟周期，乘法十个时钟周期，除法四十个时钟周期，起始状态如上表，分别给出MULD 和DIVD 准备写结果之前的记分牌。
MULD记分牌
DIVD记分牌