【计算机系统结构】指令级高度并行的超级计算机

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【计算机系统结构】指令级高度并行的超级计算机

2024-07-16 21:43| 来源: 网络整理| 查看: 265

📝本文介绍 本文将以三种处理机:超标量处理机,超长指令字处理机,超流水线处理机来简要介绍指令高度并行的超级计算机

👋作者简介:一个正在积极探索的本科生 📱联系方式:943641266(QQ) 🚪Github地址:https://github.com/sankexilianhua 🔑Gitee地址:https://gitee.com/Java_Ryson 由于本人的知识所限,如果文章有问题,欢迎大家联系并指出,博主会在第一时间修正。

文章目录 📕超标量处理机📖概念📖典型架构📖单发射与多发射📖先行指令窗口 📘超长指令字处理机📖概念 📙超流水线处理机📖概念📖执行时序📖超标量超流水线处理机

📕超标量处理机 📖概念 采用多指令流水线(度 = m)配置多套功能部件,指令译码电路和多组总线。适合求解稀疏向量,矩阵。利用增加硬件资源来换取处理机性能。采用的是空间并行性

  实际上,在图中表现出来就相当于有多个译码电路集成在一起,可以在同一时刻处理多条指令的译码 在这里插入图片描述

📖典型架构 多条指令流水线先进的超标量处理机有:定点处理部件CPU,浮点处理部件FPU,图形加速部件GPU大量的通用寄存器,两个一级高速Cache(可能为指令或数据)超标量处理机的指令级并行度大于1 📖单发射与多发射

单发射处理机:

每个周期只取一条指令,译码一条指令,执行一条指令,写回一个结果。取指和译码部件只有一套,但操作部件可以为一个多功能操作部件或多个独立单功能部件。操作部件可以采用流水也可以不采用

例如: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

多发射处理机

每个周期同时取多条指令、同时译码多条指令,同时执行多条指令,同时写回多个运算结果需要多个取指,译码,写结果部件设置多个指令执行部件,一般采用流水线结构 如: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 📖先行指令窗口 能够从指令Cache中预取多条指令能够对窗口内的指令进行数据相关性分析和功能部件冲突的检测窗口的大小:一般为2至8条指令 📘超长指令字处理机 📖概念

  VLIW (Very Long Instruction Word)是将水平型微码和超标量处理两者结合的结构

指令字长可达数百位,多个功能部件并发工作,共享大容量寄存器堆。是一种单指令多操作码多数据的系统结构(SIMOMD)简化了取指,译码。将多个操作组合成一条超长指令字,一次取指,译码(之后可以一多次执行) 在这里插入图片描述 📙超流水线处理机 📖概念 两种定义 一个周期内能够分时发射多条指令的处理机称为超流水线处理机。指令流水线有8个或更多功能段的流水线处理机称为超流水线处理机。 通过各硬件部分充分重叠工作来提高处理机性能采用时间并行性 📖执行时序 每隔1/n个时钟周期发射一条指令,流水线周期为1/n个时钟周期。(在一个始终周期内可以发射n条指令) 在这里插入图片描述 📖超标量超流水线处理机

概述

  把超标量与超流水线技术结合在一起,就成为超标量超流水线处理机

执行时序

  超标量超流水线处理机在一个时钟周期内分时发射指令n次,每次同时发射指令m条,每个时钟周期总共发射指令m × n条。 在这里插入图片描述



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