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第05章 流水线课后习题VIP免费

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第5章课后习题1.填空题(1)衡量流水线性能的主要指标有、和。(2)指令乱序流动可能造成、、三种数据相关。(3)解决数据相关主要有法和法。(4)超标量处理机开发的是并行性,而超流水线处理机开发的是并行性。(1).吞吐率、加速比、效率(2).先写后读、先读后写、写写(3).推后分析、设置专用路径(4).空间、时间2.假设一条指令的执行过程分为"取指令"、"分析"和"执行"三段,每一段的时间分别为△t、2△t和3△t。在下列各种情况下,分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。(1)顺序执行方式。(2)仅"取指令"和"执行"重叠。(3)"取指令"、"分析"和"执行"重叠。第2题(1)顺序执行时每条指令用时=△t+2△t+3△t=6△t,因此n条指令所需要的时间=6n*△t(2)第一条指令完成需要时间=△t+2△t+3△t=6△t,根据题义,下一条指令的"取指令"与上一条指令"执行"的最后一个△t重叠。因此,自从第一条指令完成后,每隔4△t完成一条指令。所以余下的n-1条指令用时(n-1)*4△t.所以,n条指令所需要的时间=6△t+(n-1)*4△t=2(2n+1)△t。(3)第一条指令完成需要时间=△t+2△t+3△t=6△t,由于一条指令的"取指令"和"分析"阶段和下一条指令的"执行"阶段重叠,因此,此后每3△t完成一条指令,余下的n-1条指令用时(n-1)*3△t.因此n条指令所需要的时间=6△t+(n-1)*3△t=3(n+1)△t3.用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算F=。每个功能段的延迟时间均相等,流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路,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,画出流水线时空图,计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。第3题假设每个功能段的延迟时间为△t。F==[(A1+1A2)+6(A3+2A4)+8(A5+3A6)]+9[(A7+4A8)+7(A9+5A10)]由上面的时空图可以看出,在20△t时间内共完成9个加法操作。因此:吞吐率为:TP=9/20=0.45加速比为:Sp=9*5/20=2.5效率为:E=45/(20*5)=45%4.设有一个15000条指令的程序在一台时钟速率为25MHz的线性流水线处理机上执行。假设该指令流水线有5段,并且每个时钟周期发射一条指令。忽略由于转移指令和无序执行造成的损失。(1)用该流水线执行这一程序,并用流过延迟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。(2)该流水线处理机的效率是多少?(3)计算该流水线的吞吐率。第4题(1)等效的非流水处理机执行一条指令需要的时间是5个时钟周期。依照加速比定义,(2)效率E为(3)吞吐率TP为5.设有5段流水线处理机的预约表如下:(1)列出禁止等待时间和冲突向量集。(2)画出状态转换图,说明不引起流水线冲突的所有可能的启动序列(循环)。(3)根据状态图列出所有简单循环。(4)从简单循环中找出迫切循环。(5)此流水线的最小平均等待时间(MAL)是多少?(6)使用此流水线时,列出可允许的最小恒定循环。(7)该流水线的最大吞吐率是多少?(8)如果使用最小恒定循环,则吞吐率是多少?123456S1XXS2XXS3XS4XS5XX第5题(1)禁止等待时间是:3,4,5。冲突向量为(11100)。(2)状态转换图如下所示:(3)简单循环如下:(1,1,6),(2,6),(6),(1,6)(4)迫切(最小启动)循环为(1,1,6)(5)最小平均等待时间MAL为(6)最小恒定循环为(6)。(7)设该流水线的时钟周期为τ,则该流水线的最大吞吐率TPMAX为(8)使用最小恒定循环时,设该流水线的时钟周期为τ,该流水线的吞吐率为6.下列汇编代码在一台3段流水线处理机上执行,每一段都有冒险(相关)检测和分解。这三段是取指令、取操作数(根据要求取一个或者多个)和执行(包括写回操作)。试说明在代码执行中所有可能的相关情况。IncR0/R0←(R0)+1/MulACC,R0/ACC←(ACC)×(R0)/StoreR1,ACC/R1←(ACC)/AddACC,R0/ACC←(ACC)+(R0)/StoreM,ACC/M←(ACC)/第6题我们首先给上面的指令序列编号如下:I1:IncR0/R0←(R0)+1/I2:MulACC,R0/ACC←(ACC)×(R0)/I3:StoreR1,ACC/R1←(ACC)/I4:AddACC,R0/ACC←(ACC)+(R0)/I5:StoreM,ACC/M←(ACC)/我们使用IF、OF和EX来分别代表流水线的取指令、取操作数和执行三段。下面的图表显示了执行的序列:图中的箭头方向是同一条指令在流水线中的流动方向,从图中我们可以看出:在t3时刻:O(I1)∩I(I2)={R0},会发生...

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