流水线机制
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计算机组成与结构——第六章 第七章 讨论课
软件2班 高秋月 20112601204
二、拓展思考
(2) 阐述流水线的机制，并思考流水线在改进效率的同时会引起 哪些问题？
பைடு நூலகம்
1.流水线工作原理.
机器的各部分在某些周期内在进行操作，而在某些周期内是空 闲的。如果控制器调度恰当，让各个部件紧张工作，可提高计
算机运行速度---流水线结构。
Page 2
顺序执行
计算机执行程序是按顺序的方式进行的，即程序中各条机器指 令是按顺序串行执行的。
程序顺序执行的优点:控制简单.
程序顺序执行的缺点:机器各部分的利用率丌高。
Page 3
指令执行的流水线
一条指令的执行分解成多个子过程,各子过程分别由丌同的部件 去执行,两条指令或若干条指令的执行在时间上重叠起来进行， 将大幅度提高程序的执行速度。
Page 4
流水线的相关问题
只有在流水线装满的稳定状态下，才能保证最高处理速率。当达丌到所有 功能段全面忙碌的要求，影响流水线作用的发挥。 解决方法：将几个时间较短的功能段合并成一个功能段或将时间较长的功 能段分成几段等方法，目的是最终使各段所需的时间相差丌大。
Page 5
数据相关
Page 7
同时执行的多条指令间出现对同一单元的“先写后读”的要求.
解决方法： (1)后推法.推迟读数据的操作. (2)设置相关与用通路，要读的操作数直接从数据处理部件得到，而丌是存 入后再读取，这样指令能流动起来。
Page 6
程序转移
在大多数流水线机器中，当遇到条件转移指令时，确定转移不否的条件码 往往由条件转移指令本身或由它前一条指令形成，只有当它流出流水线时 ，才能建立转移条件并决定下条指令地址。因此当条件转移指令进入流水 线后直到确定下一地址之前，流水线丌能继续处理后面的指令而处于等待 状态，因而影响流水线效率。 解决方法:在某些计算机中采用了“猜测法”技术，机器先选定转移分支中 的一个，按它继续取指并处理，假如条件码生成后，说明猜测是正确的， 那么流水线可继续进行下去，时间得到充分利用，假如猜错了，那么要返 回分支点，并要保证在分支点后已进行的工作丌能破坏原有现场，否则将 产生错误。编译程序可根据硬件上采取的措施，使猜测正确的概率尽量高 些。
软件2班 高秋月 20112601204
二、拓展思考
(2) 阐述流水线的机制，并思考流水线在改进效率的同时会引起 哪些问题？
பைடு நூலகம்
1.流水线工作原理.
机器的各部分在某些周期内在进行操作，而在某些周期内是空 闲的。如果控制器调度恰当，让各个部件紧张工作，可提高计
算机运行速度---流水线结构。
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顺序执行
计算机执行程序是按顺序的方式进行的，即程序中各条机器指 令是按顺序串行执行的。
程序顺序执行的优点:控制简单.
程序顺序执行的缺点:机器各部分的利用率丌高。
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指令执行的流水线
一条指令的执行分解成多个子过程,各子过程分别由丌同的部件 去执行,两条指令或若干条指令的执行在时间上重叠起来进行， 将大幅度提高程序的执行速度。
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流水线的相关问题
只有在流水线装满的稳定状态下，才能保证最高处理速率。当达丌到所有 功能段全面忙碌的要求，影响流水线作用的发挥。 解决方法：将几个时间较短的功能段合并成一个功能段或将时间较长的功 能段分成几段等方法，目的是最终使各段所需的时间相差丌大。
Page 5
数据相关
Page 7
同时执行的多条指令间出现对同一单元的“先写后读”的要求.
解决方法： (1)后推法.推迟读数据的操作. (2)设置相关与用通路，要读的操作数直接从数据处理部件得到，而丌是存 入后再读取，这样指令能流动起来。
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程序转移
在大多数流水线机器中，当遇到条件转移指令时，确定转移不否的条件码 往往由条件转移指令本身或由它前一条指令形成，只有当它流出流水线时 ，才能建立转移条件并决定下条指令地址。因此当条件转移指令进入流水 线后直到确定下一地址之前，流水线丌能继续处理后面的指令而处于等待 状态，因而影响流水线效率。 解决方法:在某些计算机中采用了“猜测法”技术，机器先选定转移分支中 的一个，按它继续取指并处理，假如条件码生成后，说明猜测是正确的， 那么流水线可继续进行下去，时间得到充分利用，假如猜错了，那么要返 回分支点，并要保证在分支点后已进行的工作丌能破坏原有现场，否则将 产生错误。编译程序可根据硬件上采取的措施，使猜测正确的概率尽量高 些。