东至网站定制,网站和管理系统哪个更难做,简单ppt模板下载免费完整版,wordpress如何建站呢本文仅供学习#xff0c;不作任何商业用途#xff0c;严禁转载。部分资料取自----计算机系统结构教程(第二版)张晨曦等。部分资料来自----国科大计算机体系结构课程PPT–张科、刘珂、高婉玲 计算机体系结构----静态超标量流水线及循环展开#xff08;一#xff09; 摘要静… 本文仅供学习不作任何商业用途严禁转载。部分资料取自----计算机系统结构教程(第二版)张晨曦等。部分资料来自----国科大计算机体系结构课程PPT–张科、刘珂、高婉玲 计算机体系结构----静态超标量流水线及循环展开一 摘要静态编译器流水线调度循环展开静态超标量流水线 摘要
本文先简要介绍静态编译器流水线调度消除数据冒险再介绍循环展开Loop Unrolling技术消除控制冒险最后再结合静态超标量流水线技术增加IPC和循环展开技术对示例代码进行优化分析。
静态编译器流水线调度
假定有如下代码
for(i 1000; i 0 ; i--)x[i] x[i] s;上述代码转换成MIPS的汇编代码如下 注意汇编代码段1先忽略各条指令之间的stall即假定各条指令之间无stall 汇编代码段1 L.D F0, 0(R1) ; F0 array elementADD.D F4, F0, F2 ; add scalarS.D F4, 0(R1) ; store resultDADDUI R1, R1,# -8 ; decrement address pointerBNE R1, R2, Loop ; branch if R1 ! R2NOP现在我们做如下规定 LD - any : 1 stall FPMUL - any: 5 stalls FPMULST : 4 stalls IntALU -BR : 1 stall FPALU - ST :2stalls FPALU- any: 3stalls BR指的是分支指令。 每个BR指令后续都存在一个Stall。
那么汇编代码段1在上述假定下实际执行情况如下 汇编代码段2 L.D F0, 0(R1) ; F0 array elementstallADD.D F4, F0, F2 ; add scalarstallstallS.D F4, 0(R1) ; store resultDADDUI R1, R1,# -8 ; decrement address pointerstallBNE R1, R2, Loop ; branch if R1 ! R2stall汇编代码段2一共花费10 cycles。
在经过编译器的调度后汇编代码段2变成如下代码段注意此时各条指令间不是不存在stall而是被“合理”消除了 汇编代码段3 L.D F0, 0(R1) DADDUI R1, R1,# -8ADD.D F4, F0, F2 stallBNE R1, R2, LoopS.D F4, 8(R1) 汇编代码段3一共花费6 cycles。
实际上汇编代码段3真正在工作的时间只有ADD.D L.D S.D这三条指令DADDUI BNE指令都是循环判断指令知道了这个信息后那我们还有再优化的空间吗我们希望把几乎每个循环都控制在三个有效指令在工作不想在每个循环中都加上循环判断指令。
循环展开
上面的汇编代码段3还可以依靠循环展开来二次优化。优化后的结果如下。 汇编代码段4注意汇编代码段4先忽略各条指令之间的stall即假定各条指令之间无stall L.D F0, 0(R1) ADD.D F4, F0, F2 S.D F4, 0(R1)L.D F6, -8(R1)ADD.D F8, F6, F2S.D F8, -8(R1)L.D F10,-16(R1)ADD.D F12, F10, F2S.D F12, -16(R1)L.D F14, -24(R1)ADD.D F16, F14, F2S.D F16, -24(R1)DADDUI R1, R1, #-32BNE R1,R2, Loop如果我们考虑上汇编代码段4的各条指令间的stall再合理的调度指令把stall给消除可以得到如下代码段。注意此时各条指令间不是不存在stall而是被“合理”消除了 汇编代码段5 L.D F0, 0(R1) L.D F6, -8(R1)L.D F10,-16(R1)L.D F14, -24(R1)ADD.D F4, F0, F2 ADD.D F8, F6, F2 ADD.D F12, F10, F2ADD.D F16, F14, F2S.D F4, 0(R1)S.D F8, -8(R1)DADDUI R1, R1, # -32S.D F12, 16(R1)BNE R1,R2, LoopS.D F16, 0(R1)汇编代码段5一共花费14 cycles但是却做了汇编代码段2 40个cycles的事 汇编代码段5每个原循环的cycle数为14/4 3.5 14/4 中的14表示4个循环的总cycle数4表示4个循环 我们把这种一个循环展开四次在英文术语上称为Degree4即循环展开N次称为DegreeN。
当然这还不是我们的极限我们还可以使用静态超标量流水线继续加速
静态超标量流水线 静态超标量可以简单理解成处理器一次性发射两条指令一条是整数指令一条是浮点指令以此来实现IPC 1的效果。 将汇编代码段5改写成静态超标量流水线的形式同时汇编代码段5的四次循环展开Degree4变成Degree5代码段如下。 汇编代码段6
Integer pipeline FP pipelineL.D F0,0(R1) NOPL.D F6,-8(R1) NOPL.D F10,-16(R1) ADD.D F4,F0,F2L.D F14,-24(R1) ADD.D F8,F6,F2L.D F18,-32(R1) ADD.D F12,F10,F2S.D F4,0(R1) ADD.D F16,F14,F2S.D F8,-8(R1) ADD.D F20,F18,F2S.D F12,-16(R1) NOPDADDUI R1,R1,# -40 NOPS.D F16,16(R1) NOPBNE R1,R2,Loop NOPS.D F20,8(R1) NOP记住我们做的如下规定注意汇编代码段6是建立在这个规定下的。 LD - any : 1 stall FPMUL - any: 5 stalls FPMULST : 4 stalls IntALU -BR : 1 stall FPALU-ST : 2stalls FPALU- any: 3stalls BR指的是分支指令。 每个BR指令后续都存在一个Stall。 NOP No option 即无操作。
