cpu流水线的数据相关冲突

[实验名称]

流水线及流水线中的冲突 [实验时间和地点]

2012年10月1日 系统结构实验室 [姓名学号]

201012312 张蔷 [实验目的]

1.加深对计算机流水线基本概念的理解 2.理解MIPS结构的5段流水线实现 3.加深对数据冲突、结构冲突的理解 4.掌握定向技术处理数据冲突的方法 [实验环境]

计算机 MIPSsim模拟器 [实验内容]

预习MIPSsim模拟器的使用方法，了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。 1、启动MIPSsim。

2、选择“配置” →“流水方式”选项，保留“流水方式”选项前的勾选，

使模拟器工作在流水方式下。 3、练习模拟器的使用：

（1）载入一样例程序：选择“文件”→“载入程序”

（2）以单步执行一个周期、执行多个周期、连续执行、设置断点等方式运行程序，观察程序的执行情况，观察时钟周期图，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。 4、观察程序在流水线中执行情况

（1）执行样例程序：选择“文件”→“载入程序”，载入样例程序pipeline.s。 （2）关闭定向功能。通过取消“配置” →“定向”前的勾选实现。 （3）用单步执行一个周期的方式（在“执行”菜单中）或

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解决ＣＰＵ流水线冲突技术的设计与实现

作者：张大发 曹庆华 傅翠娇 来源：《现代电子技术》2008年第04期

摘 要：流水线是制造高性能CPU的关键技术，目前许多学者研究在FPGA上实现具有流水线结构MIPS CPU，但是在解决流水线冲突上只是通过简单的停顿流水线实现。描述一种较为通用的具有五级流水线的MIPS CPU结构以及其中可能发生的流水线冲突，在此基础上详细介绍解决流水线冲突的技术——数据旁路以及动态分支预测在MIPS CPU中的设计和实现，最后通过一段指令序列进行仿真验证，解决流水线冲突的技术减少指令执行所需要的时钟周期数。

关键词：MIPS CPUI流水线；数据冲突；数据旁路；分支预测 中图分类号：TP332 文献标识码：B

文章编号：1004—373X(2008)04—021—03 1 引 言

流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种技术。指令流水执行是将指令执行分成几个子过程，每个子过程对应一个工位，称为流水级或流水节拍，这个工位在计算机

计算机系统结构实验报告

班级 姓名 实验名称 实 验 目 的 、 要 求 实 验 内 容 、 步 骤 及 结 果 实验日期 学号 实验成绩 实验2 流水线与流水线中的冲突 1、加深对计算机流水线基本概念的理解； 2、理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作； 3、加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。 4、进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何 应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。 2.1观察程序在流水线中的执行情况（载入piplelines.s） 1、执行到第13个时钟周期，各段分别在处理的指令，画出这这时的时钟周期图 2、这时个流水寄存器中的内容为 IF/ID.IR=000000008CC4003C IF/ID.NPC=0000000000000030 ID/EX.A=0000000000000000 ID/EX.B=0000000000000000 ID/EX.IMM=0000000000000019 ID/EX.IR=0000000020030019 EX/MEM.ALUOUT=0000000000000004 EX/MEM.IR=000000002021FF

一、 实验目的

1.

2. 3. 4.

了解提高CPU性能的方法。

掌握流水线MIPS微处理器的工作原理。

理解数据冒险、控制冒险的概念以及流水线冲突的解决方法。 掌握流水线MIPS微处理器的测试方法。

二、 实验任务

设计一个32位流水线MIPS微处理器，具体要求如下：

1. 至少运行下列MIPS32指令。

（1） 算术运算指令：ADD、ADDU、SUB、SUBU、ADDI、ADDIU。 （2） 逻辑运算指令：AND、OR、NOR、XOR、ANDI、ORI、XORI、SLT、SLTU、

SLTI、SLTIU。

（3） 移位指令：SLL、SLLV、SRL、SRLV、SRA。

（4） 条件分支指令：BEQ、BNE、BGEZ、BGTZ、BLEZ、BLTZ。 （5） 无条件跳转指令：J、JR。 （6） 数据传送指令：LW、SW。 （7） 空指令：NOP。

2. 采用5级流水线技术，对数据冒险实现转发或阻塞功能。

3. 在XUP Virtex-Ⅱ Pro 开发系统中实现MIPS微处理器，要求CPU的运行速度大于

25MHz。

三、 实验原理

1. 总体设计

流水线是数字系统中一种提高系统稳定性和工作速度的方法，广泛应用于高档CPU的架构中。根据MIPS处

计算机系统结构课程论文

Intel系列CPU的流水线技术的发展

学院：计算机科学与工程学院

班级： 学号： 姓名： 老师：顾一禾

2014年4月13日

目录

一、 简介......................................................................................................................................... 1 二、 影响CPU流水线性能的因素 ............................................................................................... 1

1、多个任务在同一时间周期内争用同一个流水段 ............................................................ 1 2、数据依赖 ............................................

本 科 实 验 报 告

实验名称： 流水线机制CPU的实现

1

一、实验内容和原理

实验内容：

1、 分析ARM指令集，明确指令功能、指令在CPU中执行各阶段中的行

为；

2、 设计ARM处理器的数据通路和控制通路，画出指令描述表和指令的状

态转换图；

3、 利用Vivado软件，用Verilog硬件描述语言描述处理器中的各个分部件，

每个分部件通过功能仿真；

4、 利用Vivado软件，用Verilog硬件描述语言实现分部件的互连，即实现

数据通路和控制通路；

5、 编写测试用的汇编指令，并将汇编指令转换为二进制的指令编码，并且

加载到处理器中的指令存储器中。

6、 将ARM处理器编程下载至FPGA实验板，运行测试程序，并通过开发

板上的led或数码管显示执行结果。

二、实验步骤与实验结果

写出实验操作的总体思路、操作规范和主要注意事项；按顺序记录实验中每一个环节和实验现象。画出必要的实验装置结构示意图，并配以相应文字说明；

（一）说明你所实现的ARM处理器是多周期还是流水线CPU；一共实现了多少条指令？测试通过了多少条指令？

我实现的处理器是流水线的，一共实现了10条指令，测试通过了10条指

令。

（二）描述你的设计思路，如果你实现了多周期和流水线

西 安 邮 电 大 学

（计算机学院）

课内实验报告

实验名称： 流水线及流水线中的冲突

专业名称： 计算机科学与技术 班 级： 学生姓名：

学号（8位）： 指导教师：

实验日期： 2017年12月1日

实验2 流水线及流水线中的冲突

2.1 实验目的

（1）加深对计算机流水线基本概念的理解。

（2）理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。 （3）加深对数据冲突和资源冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。

（4）进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。

2.2 实验平台

指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim。

2.3 实验内容和步骤

（1）启动MIPSsim。

（2）根据教材中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。（鼠标双击各段，即可看到各流水寄存器的内容）

（3）载入一个样例程序（在本模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一个周期、执行多

精益流水线设计

(一)设计精益流水线的要素

在一个流程制造的环境中，一个最终的装配件被视做一堆零部件和一系列步骤的组合。产品同步使用户可以从更高的层次上考察制造流程，同时也是设计生产线的第一步。每个生产线都是惟一的。即使在一个生产线之内，一种产品可能还要经历另一种产品的各种工序。精益制造工程的流水线是机器和/或装配工作站的集合。流水线中安排的资源用于解决一个或多个约束，有些流水线成U形，而另外一些流水线成直线形，以满足这些约束。那么精益流水线怎么设计了，共益顾问首先给大家分析下精益流水线的设计要素，为精益流水线的设计提供基础。

精益流水线的设计要素有：

1. 额定日产量：代表所设计流水线的生产能力。代表流水线在任意时刻的最大输出量。它是销售部门和制造部门之间的约束的一部分。计算公式：额定日产量=额定日产量/每月工作天数。 2. 流水速率：流水速率表示每小时的生产速度，有效工作小时是经过容差调整的轮班工作时间，例如，休息、维护和效率。流水速率对于流水线设计和监控每小时的流水线性能极其有用。计算公式：流水速率＝额定日产量 /（每班次的有效工作小时数）X（班次）

3. 需求节拍：Takt是一个德语词汇，意为“鼓声”或“

流水线之争讲的是流水线对今天的生产的影响和分类

流水线之争——服装生产

在进入正题前我们必须了解至少两个名词。

一、产出率：即产出总值除以消耗值，产出率是我们计算单件效率的关键参数之一。

二、增长值效率：即产出值减去消耗值后除以产出时间，增长值效率的大小是决定一个公司发展速度的根本参数。

任何东西用的好你就能成功，不会用还是浪费，看完全文对你的生产绝对有质的提升。前面介绍的两个概念一直是公司一直追求的，但是怎么实现这两个数据的增长。早在1927年德国人就在研究这方面取得了重大成果，制造出了世界上第一个生产流水线系统。

经过漫长的发展，流水线的生产方式已经发展到了各个领域应用了。在轻工业异常发达的当今中国，流水线已经不是当年单一的品种了，就服装行业来说就有吊挂流水线和推箱式流水线等种类。今天就现在用的最多的这两种流水线进行比较，探讨流水线相对传统生产方式的一些优势。

流水线的目的是将搬运等富余工作时间节约出来，本来我们的投资给工人的工资是要他们来给我们做车缝做上肩膀做敲边的，结果绝大多数时间用在了其他事情上，传统的工厂生产就出现了总消耗值很大，产出总值却很小的情况，最后产出率非常小。

我们做服装公司有的是要交房租水电的，就算用的是自己家的地自己家的厂房，一年到

关于ADC芯片设计的文章,希望有所帮助

第29卷　第4期

2006年12月

电子器件

ChineseJournalOfElectronDevices

Vol.29　No.4Dec.2006

SystemLevelSimulationofPipelinedADC

ZHENGXiao2yan,WANGHong2li,QIUYu2lin

(InstituteofMicroelectronicsofChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China)

Abstract:Accordingtotheideaoftop2downdesignflow,abehaviormodelofADCisbuiltwithMATLABsoftwaretoconfirmthestructureofthesystemandtofeachblock.Non2idealfactorsandthermalnoiseofanalogblocksarefullysoresultsarerefer2entialincircuitlevel.Finally,thermalnoiseandabit80MHz,1.5bit/stagepipe2linedADC