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1、3.1流水线的基本概念,3.1.1 基本概念,1.产品生产流水线下面通过一个例子来说明流水线的好处:,两种方案 两种方案的工作过程对比,第三章 流水线技术,流水线生产过程的抽象描述,这种流水工作方式的主要特点,2.指令流水线,把指令的解释过程分解为“分析”和“执行”两个子过程，并让这两个子过程分别用独立的分析部件和执行部件来实现。理想情况：速度提高一倍,3.1 流水线的基本概念,3.浮点加法流水线,把浮点加法的全过程分解为“求阶差”、“对阶”、“尾数相加”、“规格化”四个子过程，并让它们分别用各自独立的部件来实现。理想情况：速度提高3倍,3.1 流水线的基本概念,3.1 流水线的基本概念,4.
2、时空图,时空图从时间和空间两个方面描述了流水线的工作过程。时空图中，横坐标代表时间，纵坐标代表流水线的各个段。,3.1 流水线的基本概念,5.流水技术,流水技术是指：将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程，而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。,6流水技术的特点,(1)流水过程由多个相联系的子过程组成，每个子过程称为流水线的“级”或“段”。“段”的数目称为流水线的“深度”。,(2)每个子过程由专用的功能段实现；,3.1 流水线的基本概念,(4)流水线需要有“通过时间”（第一个任务流出结果所需的时间），在此之后流水过程才进入稳定工作状态，每一个时钟周期（拍）流出一个结果；
3、,(3)各个功能段所需时间应尽量相等，否则，时间长的功能段将成为流水线的瓶颈，会造成流水线的“堵塞”和“断流”。这个时间一般为一个时钟周期（拍）；,(5)流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。,3.1 流水线的基本概念,3.1.2 流水线的分类,流水线可以按不同的观点进行分类。,单功能流水线：只能完成一种固定功能的 流水线。多功能流水线：流水线的各段可以进行不同的 连接，从而实现不同的功能。例如：TI ASC的多功能流水线,1按功能的多少来分,3.1 流水线的基本概念,在静态流水线中，只有当输入是一串相同的运算操作时，流水的效率才能得到发挥。动
4、画演示,2按同一时间内各段之间的连接方式来分,静态流水线：在同一时刻，流水线的各段只能 按同一种功能的连接方式工作。,3.1 流水线的基本概念,动态流水线：在同一时刻，流水线的各段可以 按不同功能的连接方式工作。动画演示 这样就不是非得相同运算的一串操作才能 流水处理。优点：能提高流水线的效率 缺点：会使流水线的控制变得复杂,3.1 流水线的基本概念,静、动态流水线时空图的对比,3按照流水线的级别来分,部件级流水线（运算操作流水线）：把处理机的 算术逻辑部件分段，使得各种数据类型的操作能 够进行流水。,处理机级流水线（指令流水线）：把指令的解释 执行过程按照流水方式进行处理。例如：前面把指令解
5、释过程分解为：分析和执行 DLX的基本流水线把指令解释过程分解为：取指令、指令译码、执行、访存、写回。(图示),3.1 流水线的基本概念,3.1 流水线的基本概念,处理机间流水线（宏流水线）：它是指由两个 以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。动画解析,3.1 流水线的基本概念,4按照数据表示来分,向量处理机：具有向量指令和向量数据表示的 处理机。例如：TI ASC,CRAY-I 等,标量处理机：不具有向量指令和向量数据表示，仅对标量进行流水处理的处理机。例如：IBM360/91,Amdahl 470V/6 等,5.按照是否有反馈回路来分,线性流水线：流水线中的各段串行连接，没 有反馈回路。非线性流水线：流水线中的各段除有串行连接 外，还有反馈回路。(举例),3.1 流水线的基本概念,3.1 流水线的基本概念,流水线的调度问题,顺序流动流水线：流水线输出端任务流出的顺 序与输入端任务流入的顺序相同。异步流动流水线（乱序流水线）：流水线输出 端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序 不同。,6.按照流动是否可以乱序来分,3.1 流水线的基本概念,
