计算机体系结构 第6章 指令级并行的开发——软件方法（1）_在处理器中,以下属于开发指令级并行的方法为

第6章 指令级并行的开发——软件方法

6.1 基本指令调度及循环展开

6.1.1 指令调度的基本方法

指令调度：找出不相关的指令序列，让它们在流水线上重叠并行执行。

制约编译器指令调度的因素

• 程序固有的指令级并行
• 流水线功能部件的延迟

为了讨论方便，以下内容使用的浮点流水线的延迟如下表

• 浮点load指令的结果可以通过定向路径及时送给store指令，所以延迟为0

再假设：分支延迟，整数load延迟都是1，整数运算部件每个时钟都能流出一条整数指令。

例6.1 对于下面的源代码，转换成MIPS汇编语言，在不进行指令调度和进行指令调度两种情况下，分析其代码一次循环所需的执行时间。

for (i=1000; i>0; i--)
	x[i] = x[i] + s; 
1
2

解：

先把该程序翻译成MIPS汇编语言代码

Loop:	L.D	 	F0, 0(R1)
		ADD.D	F4, F0, F2
		S.D	 	F4, 0(R1)
		DADDIU 	R1, R1, #-8
		BNE	 	R1, R2, Loop
1
2
3
4
5

在不进行指令调度的情况下，根据表中给出的浮点流水线中指令执行的延迟，程序的实际执行情况如下：

可以看出，每完成一个元素的操作需要10个时钟周期，其中有五个是空转周期。

在用编译器对上述程序进行指令调度以后，程序的执行情况如下：

进一步分析：

• 编译时指令调度是怎样减少整个指令序列在流水线上的执行时间的？
• 指令调度能否跨越分支边界？
• 怎样提高整个执行过程中有效操作的比率？

6.1.2 循环展开

循环展开

1. 把循环体的代码复制多次并按顺序排放， 然后相应调整循环的结束条件。
2. 开发循环级并行的有效方法

例6.2 将例6.1中的循环展开3次得到4个循环体，然后对展开后的指令序列在不调度和调度两种情况下，分析代码的性能。假定R1的初值为32的倍数，即循环次数为4的倍数。消除冗余的指令，并且不要重复使用寄存器。

展开后没有调度的代码如下(需要分配寄存器)

• 可以看出，其中50%是空转周期，程序执行效率极差

调度后的代码如下（没有空转周期！）：

结论：

• 通过循环展开、寄存器重命名和指令调度，可以有效开发出指令级并行。

循环展开和指令调度的注意事项

• 保证正确性
• 注意有效性
• 使用不同的寄存器
• 删除多余的测试指令和分支指令，并对循环结束代码和新的循环体代码进行相应的修正。
• 注意对存储器数据的相关性分析
• 注意新的相关性