标量处理机流水线性能分析研究

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ＣＨＥＮＬｉ－ｊｕｎ，ＧＡＯＸｉｕ－ｆｅｎｇ，ＣＵＩＪｉｎｇ，ＬＩＦａｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｉｔｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）
关键词：标量处理机；流水线；ＷｉｎＤＩ．，Ｘ；虚拟处理器；精简指令集中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－６２９Ｘ（２０１６）１１ — ００８２－０４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ Байду номын сангаас ｉｓｓｎ．１６７３ — ６２９Ｘ．２０１６．１１．０１８
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｉｐｅｌｉｎｉｎｇｏｆＳｃａｌａｒＰｒｏｃｅｓｓｏｒ
陈利军，高秀峰，崔静，李芳
（军械工程学院信息工程系，河北石家庄０５０００３）
摘要：目前标量处理机提高指令执行速度的途径除提高处理机工作频率外，常采用流水线技术和资源重复技术等。为
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗ，ｂｅｓｉｄｅｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｏｐｅｒａｉｔｏｎｒｅｆｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｉｅｌｐｉｎｉｎｇａｎｄｈｅｔｌ＇ｅ￥ｏｕｒｃｅｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎａｌｅｕｓｅｄｔＯａｃｃｅｌｅｒａｔｅｈｅｔｓｃａｌａｒｐｒｏ — ｅｓｃｏｒｓ．ＩｎｏｒｄｅｒＯｔｓｔｕｄｙｈｅｔｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ’ｅｆｅｃｔａｎｄｐｏｅｎｔｉｔｌａｐｒｏｂｌｅｍｓｔＯｈｅｔｃａｓｌａｒｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｉｔＵｅＳｓｈｅｔＷｉｎＤＬＸｖｉｒｔｕｌａｐｒｏｃｅｓｓｏｒｗｈｉｃｈｈａｓ３２ｂｉｔｒｅｄｕｃｅｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｔｓ．ＴｈｅｓｔｏｃｒｔｕｒｅｃｈｒａａｃｔｅｉｓｒｉｔｃｓｏｆｔｈｅＷｉｎＤＬＸｖｉｒｔｕｌａｐｒｏｃｅｓｏｒｓｌｉｋｅｒｅｇｉｓｅｒｔｓｎｄａｉｎｓｔｒｕｃｉｔｏｎｓｅｔａｅｓｉｎｔｒｏｄｕｃｄ．ｅｈｅＴｎｔｈｅｏｅｒｐａｔｉｏｎｌａｐｉｎｒｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｃｌａａｒｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ’ Ｓｐｉｅｌｐｉｎｉｎｇ．ｈｅｐｔｏｔｅｎｔｉｌｐａｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓｂｙＷｉｎＤＬＸａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｆｅｒｔｈａｔｔ，ａｍａｔｒｉｘｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｉｏｔｎｐｒｏｇｒａｍｉｓｕｓｅｄｏｔｎａａｌｙｚｅｈｅｔｓｏｌｕｉｔｏｎｓｏｔｄａｔａｃｏｒｒｅｌａｉｏｔｎ，ｏｎｅｉｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｌａｃｈａｎ－ｎｅｌ，ｈｅｔｏｈｅｔｒｉｓｅａｒｌｙｆｏｒｍａｉｏｔｎｃｏｎｄｉｉｔｏｎｃｏｄｅ．Ｔｈｉｓｅｘａｍｐｌｅｒｅｖｅｌｓａａｌｌｅｆｅｃｉｔｖｅｗａｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｘｅｃｕｉｔｏｎｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｓｃａｌａｒｐｒｏｅｅｓ－ｓｏｔｉｎｓｔｒｕｃｉｏｔｎｓ，ｗｈｉｃｈｐｍｖｉ￣ｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｉｅｌｐｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｈｅｔｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｉｅｌｐｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｃｌａａｒｐｒｏｃｅｓｏｒｓ；ｐｉｅｌｐｉｎｉｎｇ；ＷｉｎＤＬＸ；ｖｉｒｔｕｌａｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＲＩＳ
第２６卷第１１期２０１６年１１月
计算机技术与发展
ＣＯＭＰＵＴＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ
Ｖ０１．２６Ｎｏ．１ｌＮＯＶ．２０１６
标量处理机流水线性能分析研究
研究这些技术对标量处理机性能的影响和这些技术使用中潜在的问题，利用一款具有３２位精简指令集的虚拟处理器ＷｉｎＤＬＸ对这些技术进行仿真研究。对ＷｉｎＤＬＸ虚拟处理器的寄存器、指令集等结构特征进行详细介绍，然后对标量流水线处理机的工作原理、潜在问题和ＷｉｎＤＬＸ对这些问题的解决办法进行说明。在此基础上，通过一个矩阵乘法运算程序分析了设置相关专用通路和提前形成条件码两种针对数据相关的解决办法及其实际效果。该实例揭示了提高标量处理机指令执行速度的有效途径，为设计和改进流水线结构及提高流水线的执行效率提供了参考依据。