第05章 流水线课后习题VIP专享VIP免费

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...