计算机体系结构------流水线

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流水线的基本概念

　　流水线的分类

　　

 

 

 

 

流水线的评判标准

　　 吞吐量

 　　加速比

 　　效率

 　　计算效率其实就是计算流水线时空图中的面积

　 分子的面积是 实际用到的面积

　 分母的面积是 功能段数*总时间

题目分析：

 

注意他这个画时空图的方法，十分清楚明白

 

 

流水线的瓶颈段以及解决方法

　　什么是流水线的瓶颈段？

　　如下图为某一个流水线结构

　　　可以看出其分为4个功能段，各个功能段需要的延迟分别为1,1,1,3 （单位）

　　其时空图画出来如图所示：

 

 可以看到段4的延迟实在太大，导致了其他段完成后需要等待

导致了流水线的堵塞

我们称这种功能段为流水线的瓶颈段

　　解决方法：

　　1.瓶颈段细分（拆分瓶颈段）

　　改进后 流水线结构如下：

 

　　时空图如下：

 　　可以看到 各个性能方面都有很大的提高

 

　　2.瓶颈段并联

 也可以看到相对于最初始的性能也有较大提高

 　　题目分析：

 　　

 

 

流水线中相关的基本概念　　

 

 　　所谓相关即是有依赖关系，必须要有先后与等待

 

资源相关

 

 

 

操作数相关（数据相关）

　　

 

 

 

 

 

题目分析：

　　

 

 

 

 

《非流水线》

优秀博客<----

对于非流水线，相较于流水线用时空图来进行描述过程，其使用的是预约表

 因为非流水线本身可能有多种使用的功能段的情况，所以预约表也是多样的

但是不用担心，题目一般会给出预约表

 

《非流水线的调度问题》

《非流水线上的效率问题》

对于非流水线，我们应该如何安排任务使得工作流水线上冲突尽量小，效率尽量高呢？

 

 《非流水线上的效率评估》

 

《调度方法》

1. 通过预约表得到禁止表，从而得到初始冲突向量

　　我们知道预约表长成这样：

 

　　那什么是禁止表？

　　

 　如何生成禁止表？

 

    禁止表为何是这样生成的？

　　我们首先要知道禁止表的本质是：

　　在当前流水线的任务中，应该禁止什么时间段新任务进入流水线

　　使得流水线上不会发生冲突

　我们来看下优秀博客中的那张图：

 　　我们的目的是这两个任务不会在同一时间段上占用相同的功能段

　  初始状态两个任务相隔0个时间段，这肯定是不行的

　　我们一行一行分析：

　　　　为了买冬瓜这个功能段不冲突，在第一个任务进入流水线后，下面一个任务

　　　　不能恰好相隔8个时间段进入流水线，否则会与第一个任务买冬瓜这个功能段冲突

　　

　　　　同理为了买西瓜这个功能段不冲突，两个任务相隔不能恰好是1,6,5

　　　　即3-2=1,8-2=6,8-3=5，即是我们上面说的方法

　　　　（如果不理解，那就从上面那张图平移的角度来想，如何平移才会使得

　　　　　在相同时间内两个任务之间没有功能段的冲突）

　　　　

　　　　剩下的以此类推

　　　　于是得到的禁止表格式类似为：　　

　　　　　　

 

 

　　什么是冲突向量，什么是初始冲突向量，如何生成冲突向量？　　　　

　　

 　　　　

 

　　生成冲突向量的方法就是简单地看下禁止表

 

　　有哪些时间段是禁止输入后继任务，并将这个位数上的二进制位上为1

　　其余为0

　　冲突向量表格式类似：　

　　　　　　

 

 

 

2.生成后继冲突向量　　

　　现在我们有了初始冲突向量表，假设是 C0=（101100）　　

　　说明禁止表中最大值为6

　　在第一个流水线输入后，相隔3，4，6个时间段均不能输入下一个任务

　　其余时间段均可

 

　　有多少个0表示我们可以有多少个时间段输入下一个任务

　　也表示后继冲突向量可以有多少个

 

　　 我们来模拟一下全过程来理解以下什么是后继冲突向量

　　　　1.现在我有初始冲突向量表C0=（101100），我当前冲突向量表C1也就是 初始冲突向量表

　　　　　　即C1=C0

　　　　2.

　　　　　　我可以在相隔1个时间段后加入下一个任务

　　　　　　　　加入后得到的新的冲突向量表即是后继冲突向量表

　　　　　    　　得到的方法为:

　　　　　　　　C2=C0 | C1>>(相隔的时间段)

　　　　　　　　这里是 C2=C0 | C1>>1

　　　　　　我也可以相隔2个时间段后加入下一个任务

　　　　　　　　C2=C0 | C1>>2

　　　　　　可以相隔5个时间段后加入下一个任务

　　　　　　　　C2=C0 | C1>>5

　　　　3.

　　　　　　如果从状态机的角度来看的话目前我们得到了

                 

　　　　　　　　然后通过我们上面的算法不断得到新的冲突向量

　　　　　　如： C3=C0 | C2>>(C2中为0的数的位置)

　　　　　　        ...

　　　　　　　　Ci=C0 | Ci-1>>(NUM)

　　　　  不断扩大状态机状态

　　　　   但是这个过程不是无止境的

　　　　   到最后都一定状态会有相同的（即可以形成环）

　　　　   或者是冲突向量全为1，这个时候只有使流水线断流，再回到最初始的状态

　　　　　即是要相隔N个时间段（N是预约表中最大时间数）

　　　　　注意任何状态都可以通过相隔N个时间段回到最初始的状态

　　　　

3.画图，计算最小启动循环

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 这里需要注意的是：

　　生成了11111,即冲突向量全1,我们是相隔预约表中最大的时间数(这里是7）后

　　回到了最初始的状态

　　

　　其余状态均可相隔7后回到最初始的状态

　　　　

 这里所谓的无冲突调度策略就是 循环使用哪个时间段间隔进行调度

需要注意的是：只要有环就要算是一个无冲突调度策略

　　　　　　　　　　　　就算其没有回到最初始的状态