臺灣博碩士論文加值系統

MARS處理機是一種流線化的架構，以加快控制轉換以乃在Lisp語言中串列進出的處
理。MARS的結構中包含有指令擷取單元，整數處理單元，串列處理單元，和記憶／
快速記憶體控制單元；以及可隨和之浮點運算單元。
指令在MARS處理機或是其他的管線化的處理機上都被分割成串小的管線階，不同的
指令可在不同的管線階上同時地執行。這樣的架構會構成管線危障如果下一個指令
需要上一個指令執行的結果。
在類似MARS的流線化的處理機上，管線危障可以被細分成三種：分別是資料、構造
、以及循序危障。構造的危障源於硬體資料的不足夠，資料危障源於執行資料的相
依性，而循序危障則源於對分岐指令的潛在不正確的執行。
針對資料與構造危障重組方面，我們指出一個稱做強式資料相依圖(EDAG)來表示指
令在指述層次和管線層次的相依以及限制的關係。我們採用的是在後指令產生的重
組方式，並且證明在MARS處理機上這個重組是屬於NP完備性的問題。所以我們提出
一個經驗法則的解決法，並且了解這個解決法的複雜及有效程序。
我們檢驗在MARS處理機，如何有效地解決循序危障的問題。並且我們建立了一個模
型來比較以及分析目前所用於解決這些問題的機制。我們發現MARS處理機在快速記
憶體的延遲為10個循環時比R2000 處理機快些38﹪。
整個重組架構減少約80﹪的不動作指令，以及35﹪的效能的增進。使用重組的方式
減少使用硬體約制的花費且達成約略相等的效果，所以我們認為管線危障在編譯時
來去除是比在執行時去除之有效。

目錄
誌謝
摘要
英文摘要
List of Figures
List of Tables
Table of Contents
第一章 導論
第二章 問題陳述
第三章 MARS 結構
第四章 資料與構造危障的最佳化
第五章 循序危障的最佳化
第六章 分岐控制機制的分析
第七章 結論
Chapter 1 Introduction
1.1 Historical trend
1.2 Pipeline
1.3 Hazards in typical pipelined processor
1.4 Design rationale
1.5 Organization of this dissertation
Chapter 2 Problem statement
2.1 Data hazards
2.2 Sequencing hazards
2.3 Structural hazards
2.4 Proposed mechanism
Chapter 3 MARS architecture
3.1 Micro-architecture
3.2 A cycle-by-cycle example
3.3 Pipeline hazards in the MARS processor
Chapter 4 Optimization in data and structural hazards
4.1 Constraints in instruction stream reordering
4.2 The properties of reorganization
4.3 Proposed heuristic algorithm
4.4 Discussion
4.5 Comparison with other algorithm
4.6 Architectural design alternatives
Chapter 5 Optimizing on sequencing hazards
5.1 Preliminary
5.2 Optimizint scheme
5.3 Studies on prediction strategies
5.4 Sequencing hazards reordering
5.5 Complexity and results
Chapter 6 Analysis of branch handling strategies
6.1 Background
6.2 Global delay model and definition
6.3 Modeling of branch handling strategies
6.4 Evaluation of branch strategies
6.5 Prediction
6.6 Discussion
Chapter 7 Conclusions
References
Publication List