2012軟考系統(tǒng)分析師經(jīng)典教程：體系結(jié)構(gòu)其他的知識

　　1.7 體系結(jié)構(gòu)其他的知識

　　1.流水線技術(shù)

　　流水線技術(shù)其實(shí)是通過并行硬件來提高系統(tǒng)性能的常用方法，其基本思想在馮·諾依曼第一臺存儲程序計算機(jī)中已經(jīng)提出。

　　流水線技術(shù)的基本原理實(shí)際上是一種任務(wù)分解的技術(shù)。把一件任務(wù)分解成若干順序執(zhí)行的子任務(wù)，不同的子任務(wù)由不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行，而這些機(jī)構(gòu)可以同時并行的工作。在任一時刻，任一任務(wù)只占用其中一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多個任務(wù)的重疊執(zhí)行，以提高工作效率。

　　流水線技術(shù)包括指令流水線和運(yùn)算操作流水線。需要注意的是，對流水線技術(shù)而言，其對性能的提高程度取決于其執(zhí)行順序中最慢的一步。

　　在實(shí)際情況中，流水線各個階段可能會相互影響，阻塞流水線，使其性能下降。影響流水線性能的主要因素有兩個：執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令和共享資源沖突。

　　在實(shí)際處理中，為了使流水線能維持最大的吞吐率，同時確保流水線各段不會產(chǎn)生沖突，就需要對流水線進(jìn)行很好的控制。一般采用預(yù)留表來預(yù)測沖突。預(yù)留表是從流水線設(shè)計直接推導(dǎo)出來的，表中列出的是流水線上各個部件操作的時間信息，每一行代表流水線中的一段，而每一列則代表一個時間步。

　　流水線周期：

　　另外，流水線計算機(jī)處理中斷的方法通常有兩種。

　　Ø 不精確斷點(diǎn)法

　　Ø 精確斷點(diǎn)法

　　2.RISC技術(shù)

　　RISC(reduced instruction set computer)即精簡指令集計算機(jī)，它的主要特點(diǎn)是CPU的指令集大大簡化，從而減少指令的執(zhí)行周期數(shù)，提高運(yùn)算速度。

　　一般來說，CPU的執(zhí)行速度受三個因素的影響：

　　Ø 程序中的指令數(shù)I

　　Ø 每條指令執(zhí)行所需的周期數(shù)CPI

　　Ø 每個周期的時間T

　　它們之間的關(guān)系可表示為：程序執(zhí)行時間=I*CPI*T

　　與CISC(復(fù)雜指令集系統(tǒng))相比，RISC具有以下的特點(diǎn)。

　　RISC采用窗口重疊技術(shù)完成寄存器的組織和參數(shù)的傳遞，對于RISC的流水線的處理是采用延遲轉(zhuǎn)移的方法解決流水線阻塞和互鎖。

　　另外，采用RISC技術(shù)的CPU硬件一般具有寄存器數(shù)量多、采用流水線組織、控制器的實(shí)現(xiàn)采用硬布線邏輯電路等特點(diǎn)。

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