第3章 流水线技术

0.流水线的分类

（1）按照所完成的功能：单功能流水线、多功能流水线；

（2）多功能流水线中按照同一时间内各段之间的连接方式：静态流水线、动态流水线；

（3）按照流水线的级别：部件级流水线、处理机级流水线、处理机间流水线；

（4）按照流水线中是否有反馈回路：线性流水线、非线性流水线；

（5）根据任务流入和留出的顺序：按序流水线、乱序流水线。

1.时空图

（1）理想状态下，指令流水线的时空图：

（2）静态与动态流水线的时空图：

 （3）各时段相等或不等的时空图：

 （4）重复设置瓶颈段及相应的流水线时空图

 

（注意不等的时空图，由于锁存器的存在，不能乱画，左上/右下格子相接，不能上下对齐）

2.1流水线的性能指标——吞吐量

吞吐量TP：单位时间内流水线所完成任务数量或输出结果的数量。（结果可以为小数）

（1）各段时间均相等的流水线的实际吞吐量：

2.2流水线的性能指标——加速比

2.3流水线的性能指标——效率

3.解决流水线瓶颈问题的常用方法

（1）细分瓶颈段 （2）重复设置瓶颈段

4.经典五段流水线中一条指令的执行过程

（1）IF取指令

（2）ID指令译码/读寄存器

（3）EX执行/有效地址计算

（4）MEM存储器访问/分支完成

（5）WB写回

5.相关关系

（1）数据相关

（2）名相关（包括反相关和输出相关）

（3）控制相关

6.消除相关关系或减少其带来的影响

名相关：换名技术，消除相关关系，改变指令中操作数的名；

数据相关：（1）通过定向技术减少数据冲突引起的停顿；

（2）依靠编译器解决数据冲突。

7.减少分支延迟可以采取的措施及其所受限制

措施：

（1）在流水线中尽早判断出分支转移是否成功；（2）尽早计算出分支地址目标。

上述方法受以下限制：

1被放入延迟槽中的指令要满足一定的条件；2编译器预测分支转移方向的能力

8.向量的处理方式

（1）横向/水平处理方式 （2）纵向/垂直处理方式 （3）纵横/分组处理方式

9.提高向量处理机性能的方法

（1）设置多个功能部件

（2）采用链式技术（重点！！！）

（3）分段/循环开采技术

（4）采用多处理机系统