(30)-12流水线相关问题及解决

流水线只有连续不断地流动，不出现断流，才能获得高效率。因此，在控制上必须解决好邻近指令之间有可能出现的某种关联。4.流水线的相关问题及解决指令流水解释过程主要存在三种相关问题，分别是资源相关、数据相关和控制相关。（1）资源相关多条指令进入流水线后在同一个时钟周期内争用同一功能部件所发生的相关。①从时间上推后下一条指令的访存操作。②让操作数和指令分别存放于两个独立编址且可同时访问的主存储器中。③采用多模块交叉主存结构。④在CPU内增设指令Cache。⑤在CPU内增设指令Cache和数据Cache。解决方法有：（2）数据相关由于相邻的两条或多条指令使用了相同的数据地址而发生的关联。①推后相关单元的读。。②设置相关专用通路，又称采用定向传送技术。③采用多模块交叉主存结构。④在CPU内增设指令Cache。⑤在CPU内增设指令Cache和数据Cache。解决方法有：（3）控制相关控制相关是指由转移指令引起的相关①延迟转移技术，由编译程序重排指令序列来实现。②转移预测技术，直接由硬件来实现解决方法有：标量流水机的相关主要包括：1、局部性相关

由指令、主存操作数和通用寄存器组引的相关。2、全局性相关

由转移指令引的相关。1、局部性相关及处理

（1）“先写后读”引起的局部性相关。 指令相关、访存操作数相关和通用寄存器组相关等局部性相关都是由于在机器同时解释的多条指令之间出现了对同一主存单元或寄存器要求“先写后读”。发生“先写后读”相关时，可以有三种控制方法：顺序流动:

顺序流动方式是指任务从流水线输出端流出的顺序与它们进入流水线输入端的顺序一样，遇到相关，则使相关的指令解释过程停止，待过了这一环节再继续下去。

kjihihihihlkjihkj

nmkjikjihljkihmjlkihnjmlkihonjmlkihponjmlki异步流动异步流动方式是指任务从流水线输出端流出的顺序与它们进入流水线输入端的顺序不一样。

进一步引起的“写-写”相关、“先读后写”相关相关专用通路解决“先写后读”相关的另一种方法是建立相关专用通路，即在流水线的读段与写段之间增加一条专用通路，如图中虚线所示。

2、全局性相关的处理

在标量类机器指令程序中，条件转移指令约占20%，其中60%为转移成功。在指令流足够长时，这种条件转移使流水性能将下降达50%。图5-27用猜测法处理条件转移

猜测法选择分支：①如果两个分支概率相近，宜选i+1不成功转移分支。②当转移的两个分支概率不均等时，宜猜高概率分支。（1）猜测法若指令i是条件转移指令，有两个分支如图5-27所示。一个分支是i+1、i+2、…,按原来的顺序执行下去，称转移不成功分支。另一个分支是转向p、p+1、…，称为转移成功分支。在执行条件转移指令时，猜测取i+1和p两个分支之一继续向前流动。图5-27用猜测法处理条件转移

此类系统结构的计算机一定设计有相应的猜测（判断）部件。猜测的目的是为尽可能让预取到指令缓冲寄存器中的后续指令是转移指令执行后的后续指令，从而保证流水线尽可能不断流(2)加快和提前形成条件码

尽快、尽早获得条件码，以便提前知道流向哪个分支，会有利于流水机器简化对条件转移的处理。

图5-5当第k条指令是条件转移且转移成功时，传统做法与延迟转移做法的比较(a)条件转移成功时成了顺序解释；(b)采用延迟转移，条件转移成功时，仍保持重叠(3)采取延迟转移水印4)加快短循环程序的处理