Question

我们正在机器

上执行以下说明

如果机器是流水线的，则需要大约200 ps * 3 = 600 ps。

如果流水线型机器运行1,000,003条指令，我想执行的时间是多少？是1,000,000 * 200 ps + 600 ps？

Answer 1

该图适用于经典的5阶段MIPS流水线架构。现代芯片使用超标量设计，但让我们忽略[至少暂时]。

这里的问题是该图显示了各种类型的指令[对于每个T状态T1-T5]的时间，但是没有要执行的示例程序，除非该图也是循环的示例。如果是这种情况，请继续...

另一个问题是管道和危害＆＃34;。也就是说，特定指令的特定阶段（T状态）必须“停止”＃34;因为它取决于先前指令的输出。例如：

L1: add $t1,$t2,$t3
L2: add $t6,$t4,$t1

第二条指令必须停止其注册读取＆＃34; （T2）因为它必须等待完成先前的指令＆＃34;注册写＆＃34; （T5）阶段完成[因为它需要$t1]的最终值。

所以，而不是一个表现良好的管道，如：

1:      L1:T1
2:      L1:T2       L2:T1
3:      L1:T3       L2:T2
4:      L1:T4       L2:T3
5:      L1:T5       L2:T4
6:                  L2:T5

我们最终得到：

1:      L1:T1
2:      L1:T2       L2:T1
3:      L1:T3       L2:stall
4:      L1:T4       L2:stall
5:      L1:T5       L2:stall
6:                  L2:T2
7:                  L2:T3
8:                  L2:T4
9:                  L2:T5

在现代实现中，有一些架构技术可以避免这种情况（例如＆＃34;转发＆＃34;，无序执行），但我们必须知道特定的架构实现，以了解它有哪些改进的工具危险。

我最好的猜测如下......

再次，如果我们忽略了危险，我们需要一个特定的程序/序列来进行计算。

如果我们假设程序是图表，对于1,000,000条指令，其循环迭代次数为1,000,000 / 4或250,000。而且......我们也忽略了分支延迟时隙。

一次循环迭代的时序图如下所示：

label   inst    start   exec    end
                time    time    time
-----   ----    -----   ----    ----

L1:     lw      0       800     800
L2:     sw      200     700     900
L3:     R       400     600     1000
L4:     beq     600     500     1100

请注意，所有指令都在L4之前完成。因此，主导时间是L4的结束时间。因此，250,000 * 1100 ps或275 us，或多或少。

<强>更新

但是我的教授告诉我答案是1,000,000 * 200 ps + 1400 ps

嗯，你应该[显然;-)]相信你的教授不是我[我确实强调了＃34;猜测＆＃34;]。

但是，我们必须再次知道实现：分支预测等。我认为第二个循环上的L1无法启动，直到循环1上的L4完成。

如果循环/序列完全展开[并且没有分支]，例如lw, sw, R, R重复250,000次，则将1,000,000 * 200 ps，IMO。

我认为教授的分析假设L1的循环2的T1可以与L4的T2同时开始循环。

示例有用的序列可以是具有重叠源/目的地的memmove序列[寄存器已经预设]：

L1:     lw      $t0,4($t1)
L2:     sw      $t0,0($t1)
L3:     addu    $t1,$t1,$t2
L4:     bne     $t1,$t3,L1

同样，这假定没有分支延迟时隙。要使使用并且不，只需附加nop，序列将为L1, L2, L4, L3

但是，我只是重读细则：此计算假定多路复用器，控制单元</ strong>，PC访问和符号扩展单元没有延迟。

所以，这可能是导致差异的关键。再一次，如果有疑问，相信你的教授。

如何查找流水线机器的执行时间？

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