计算机系统结构三四章作业及答案

3.1 简述流水线技术的特点。 （1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。 （ 4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务， 才能充分发挥流水线的效率。 （5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段3.3 有一条指令流水线如下所示：（ 1）求连续输入 10 条指令的情况下， 该流 水 线的实际吞吐率和效率。 （ 2）该流水 线 的瓶颈在哪一段？请采用两种不同的措施消除此瓶颈。对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10 条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解： （1）（2）瓶颈在 3、4 段。变成八级流水线（细分）重复设置部件)(ns851TnTP1pipeline50ns 50ns 100n200n1 2 3 4 1 2 3-3-4-4-4-4-123_13_24_14_24_34_411112222333344445555666677778899101089108910850ns时间段3.4 有一个流水线由4 段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第 4 段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问：（ 1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？（ 2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10 个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？（ 3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10 个任务时，其吞吐率提高多少？解：（1）会发生流水线阻塞情况。第 1 个任务S1 S2 S3 S3 S4 第 2 个任务S1 S2 stall S3 S3 S4 第 3 个任务S1 stall S2 stall S3 S3 S4 第 4 个任务S1 stall S2 stall S3 S3 S4 （2）（3）重复设置部件吞吐率提高倍数＝tt231075＝ 1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5 段组成，加法用1、3、4、5 段，乘法用 1、2、5 段，第段时间12341111122222333334444455555666667777788888999991010101010t23 2 段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的...