计算机组成原理(4)-中央处理器CPU-流水CPU

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并行处理技术

串行处理:计算机的各个操作(如读/写存储器,算术或逻辑运算,I/O操作)只能串行地完成,即任一时刻只能进行一个操作。

并行处理:计算机的各个操作能同时进行,从而大大提高了计算机的速度。

并行性

含义:

1.同时性,指两个以上事件在同一时刻发生。

2.并发性,指两个以上事件在同一时间间隔内发生。

三种形式:

1.时间并行(时间重叠)

让多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。

实现方式:采用流水处理部件。

2.空间并行(资源重复)

3.时间并行+空间并行(时间重叠+资源重复)

流水CPU的结构

流水CPU的组成部分:

1.指令部件

指令部件本身又构成一个流水线,即指令流水线。

由取指令、指令译码、计算操作数地址、取操作数等几个过程组成。

2.指令队列

含义:一个先进先出(FIFO)的寄存器栈,用于存放经过译码的指令和取来的操作数。

由若干个过程段组成的流水线。

3.执行部件

具有多个算术逻辑运算部件,这些部件本身又用流水线方式构成。

为了使存储器的存取时间能与流水线的其他各过程段的速度相匹配,一般都采用多体交叉存储器

执行段的速度匹配问题,筒仓采用并行的运算部件以及部件流水线的工作方式来解决。

一般采用的方法包括:

(1)将执行部件分为定点部件和浮点执行部件两个可并行执行的部件,分别处理定点运算指令和浮点运算指令。

(2)在浮点执行部件中,又有浮点加法部件和浮点乘/除部件,它们也可以同时执行不同的指令。

(3)浮点运算部件都以流水线方式工作。

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