《计算机系统结构》课程报告题目：Intel系列CPU的流水线技术的发展学号：姓名：指导老师：学校：南京理工大学2016年4月9日---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---流水线技术的简介流水线技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。在计算机中，把一个重复的过程分解为若干子过程，每个子过程由专门的功能部件来实现。将多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其他子过程并行进行。其中，流水线中的每个子过程及其功能部件称为流水线的级或段，段与段相互连接形成流水线。流水线的段数称为流水线的深度。把流水线技术应用于指令的解释执行过程，就形成了指令流水线。在指令流水线中可以把指令的执行过程分为取指令、译码、执行、存结果4个子过程。把流水线技术应用于运算的执行过程，就形成了运算操作流水线，也称为部件级流水线。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。分析影响CPU流水线性能的主要因素1.资源相关及其冲突多个任务在同一时间周期内争用同一个流水段。在指令流水线中，如果数据和指令存放在同一存储器内，并且访问接口只有一个，那么，两条指令就会争用存储器。2.数据相关及其冲突---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---指令A的运行必须用到另外一条指令B运行以后的结果，但是指令B尚未开始运行，所以指令A必须等待，直到指令B运行完成。因为数据的依赖，导致两条指令没办法同时运行。3.控制相关在存在条件转移的情况下，系统并不清楚接下来应该执行哪一条指令，必须等到条件转移指令结果出来以后才能运行下面的指令。IntelCPU发展过程中，提高流水线性能及CPU性能的技术1.80486的指令流水线80846的整数单元采用5个步骤的指令流水线，每个步骤一般需要1个时钟周期。(1)PF步骤——指令预取。(2)D1步骤——指令译码1。(3)D2步骤——指令译码2。(4)EX步骤——指令执行。(5)WB步骤——回写。80846利用“数据旁路”解决数据相关问题，设置相关专用通路，即不等前一条指令把计算结果写回寄存器组，下一条指令不再读寄存器组，而是直接把前一条指令的ALU的计算结果作为自己的输入数据开始计算过程，使本来需要暂停的操作变得可以继续执行，书上称作“定向技术”。但是这个阶段的CPU在执行一些数据相关的指令时，会存在流水线阻塞问题。2．超标量指令流水线技术处理器采用超标量技术，是指它的常用指令可以同时启动，并相互独立地执行。处理器应用超标量指令流水线，就可以实现一个时钟周期完成多条指令的执行，大大提高指令流水线的指令流出率，实现了处理器性能的提高。相对于80846来说，Pentium有两条分别称为U和V的指令流水线，各自有独立的算术逻辑单元ALU及高速缓存结构。Pentium设计了2条存储器地址生成、---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---执行和回写流水线，其指令预取PF和指令译码D1步骤可以并行取出、译码2条简单指令，然后分别发向U和V流水线。这种双流水线并行作业的方式，使得Pentium在每个时钟周期内可同时执行两条指令。3.动态分支预测技术指令的执行并不都是理想状态，有多种原因会引起流水线停顿，其中条件转移指令对指令流水线效率的影响较大。处理指令分支的方法有：预取分支目标、静态和动态分支预测、循环缓冲器、推迟分支等。Pentium采用动态分支预测方法处理指令分支，大多数情况都预测发生分支，在结合超标量结构以后就能大大提高流水线性能。Pentium内部有两个予取指令缓冲队列，在执行条件转移指令前，一个以顺序方式予取指令，另一个以转移方式予取指令，后者也称作分支目标缓冲器BTB（BranchTargetBuffer），这是...