第五章-标量处理机与流水线

第五章标量处理机与流水线★tttn条指令至少需要花费的D.nt32D.nt32D.ntttt执行n条指令所需要花费的最短时间约为(假设仅有“取指令”和“执行:”可重叠并假设n足够大)：A.6ntD.nt分别为t、2t和3t，连续行”可重叠并假设n足够大)：A.6ntD.nt★kI.先写后读相关II.写-写相关III.先读后写相关★A.nktB(k+n)t★nA.TP=★1 tn10.一条流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率(假设n23…3…n123…n空间11.一条4段的流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率(假…n…nn132345633……n2空间01★n23…3…n123…n空间A.2★★iii过多少时钟后排空(假设时钟为t)SS2S2S2S4输出输入A.16★tt0t1t2t3t4t5t6tt0t1t2t3t4t5t6平均启动周期A.6★II61234I51234I31234I21234I112341234期指令A.标量处理机B.超标量处理机C.超流水处理机D.超标量超流水处理机★A.m★★★★★★少(假设这里的每条流水线是基于4段标准流水线的超标量流水线)★D.不能确定(和指令数有关)iii=1最少需要经过多少时间，假设运算的结果必须先写入到缓冲存储器才能供输A9iii=1A6★2问答题★1.简述流水线技术的特点⑴流水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的“级”或“段”。⑵流水技术适合于大量重复的时序过程。★★2.请写出2种乱序流动方式中的数据相关，并举例说明分别在什么情况下发生(采用设计程序段的方式来说明)最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关生写读数据相关的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关★3.在流水线处理机当中，可能有哪几种操作数据相关？这几种相关分别发生在①a.写读相关(先读后写)的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关c.读写相关(先写后读)生写读数据相关②★移是否成功PC即分支的目标地址)预测分支失败预测分支成功延迟分支若分支转移失败，必须保证被调度的指令对程序的执行没有影响，可能需要复制调度指令。分支转移成功时，可提高流水线性能。单由于复制大程序空间度若分支转移成功，必须保证被调度的指令对程序的执行无影响。分支转失败时，可提高流水线性能★7.简述单流水线标量处理机、超标量处理机、超流水线处理机、超标量超流水8.画图说明什么是流水线“瓶颈”简述解决流水线瓶颈的方法出入A再细分★流水线？什么是动态流水线3演算题★输出输出输入123……n123……n123……n0123456n空间…n…nn132345633……n2空间01★★★1123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n0123456n+4.5空间ii=1相等，流水线的输出端与输入端之间有直接的数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。要求用尽可能短的时间完成计算工作，画出流水线时空图，计线的实际吞吐率、加速比和效率F=10A=[(A+A)+(A+A)+(A+A)+(A+A)+(A+A)]i11263248536974879510i=1法右下侧地座标表示这是第几个加法tp(a)用该流水线执行这一程序，并用通过延迟时间与其相等的一个等效非流水线处理机执行同一程序，将两者加以比较，并计算其加速比。(b)效率为nk15000 nf1500025106(IC/s)TP=k+(n1)=15004=24.99MIPSE524SS2S2S211S41输入输出这样，任务可以连续进入流水线，不存在瓶颈问题，效率为tt0t1t2t3t4t5t6②画出状态图，确定其最小平均等待时间和最大吞吐率36+6+13*从状态图中可以看出(3)和(1，6)是迫切循环，(1，6)平均为3.5。所9.下列汇编代码在一台3段流水线处理机上执行，每一段都有(相关)检测和分解。这3段是取指令、取操作数(根据要求取一个或多个)和执行(包括INCR0MULADD5534ADD62MUL7M1示tt0t1t2t3t4t5t6②画出状态图，确定其最小平均等待时间和最大吞吐率③从简单循环中找出迫切循环④使用此流水线时，列出可允许的最小恒定循环1迫切(最小启动)循环为(1,1,6)TTP==maxMALT8T使用最小恒定循环时，流水线的吞吐率为1★★★时间。只计算乘法指令和加法指令的执行时间，不计算取操作数、数据传送钟周期，另外，加法指令和乘法指令还要经过一个“取指令”和“指令译码”有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端，在操作部件的输出端设置有a的时间b，流水线每个功能段最短，并计算出时间(假