計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三四章作業(yè)及答案

1、3.1 簡述流水線技術的特點。（1） 流水線把一個處理過程分解為若干個子過程，每個子過程由一個專門的功能部件來實現(xiàn)。因此，流水線實際上是把一個大的處理功能部件分解為多個獨立的功能部件，并依靠它們的并行工作來提高吞吐率。（2） 流水線中各段的時間應盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。（3） 流水線每一個功能部件的前面都要有一個緩沖寄存器，稱為流水寄存器。（4） 流水技術適合于大量重復的時序過程，只有在輸入端不斷地提供任務，才能充分發(fā)揮流水線的效率。（5） 流水線需要有通過時間和排空時間。在這兩個時間段中，流水線都不是滿負荷工作。3.2 解決流水線瓶頸問題有哪兩種常用方法？答：細分瓶頸段與重復

2、設置瓶頸段3.3 有一條指令流水線如下所示：50ns50ns100ns200ns1234（1）求連續(xù)輸入10條指令的情況下，該流水線的實際吞吐率和效率。（2）該流水線的瓶頸在哪一段？請采用兩種不同的措施消除此瓶頸。對于你所給出的兩種新的流水線，連續(xù)輸入10條指令時，其實際吞吐率和效率各是多少？解：（1）（2）瓶頸在3、4段。n 變成八級流水線（細分） n 重復設置部件123-13-24-14-24-34-43.4 有一個流水線由4段組成，其中每當流過第三段時，總要在該段循環(huán)一次，然后才能流到第4段。如果每段經(jīng)過一次所需的時間都是t，問：（1）當在流水線的輸入端連續(xù)地每t時間輸入一個任務時，該流

3、水線會發(fā)生什么情況？（2）此流水線的最大吞吐率為多少？如果每2t輸入一個任務，連續(xù)處理10個任務時，其實際吞吐率和效率是多少？（3）當每段時間不變時，如何提高流水線的吞吐率？人連續(xù)處理10個任務時，其吞吐率提高多少？解：（1）會發(fā)生流水線阻塞情況。第1個任務S1S2S3S3S4第2個任務S1S2stallS3S3S4第3個任務S1stallS2stallS3S3S4第4個任務S1stallS2stallS3S3S4（2）（3）重復設置部件吞吐率提高倍數(shù)1.64t2ttt12345t3.5 有一條動態(tài)多功能流水線由5段組成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的時間為2t，其余各段

4、的時間均為t，而且流水線的輸出可以直接返回輸入端或暫存于相應的流水線寄存器中?，F(xiàn)在該流水線上計算，畫出時空圖，并計算其吞吐率、加速比和效率。解：首先，應選擇適合于流水線工作的算法。對于本題，應先計算A1B1、A2B2、A3B3和A4B4；再計算(A1B1) (A2B2)和(A3B3) (A4B4)；然后求總的結(jié)果。其次，畫出完成該計算的時空圖，如圖所示，圖中陰影部分表示該段在工作。由圖可見，它在18個t時間中，給出了7個結(jié)果。所以吞吐率為： 如果不用流水線，由于一次求積需3t，一次求和需5t，則產(chǎn)生上述7個結(jié)果共需（45+33）t =29t。所以加速比為： 該流水線的效率可由陰影區(qū)的面積和5個

5、段總時空區(qū)的面積的比值求得： 3.6 在一個5段流水線處理機上,各段執(zhí)行時間均為t,需經(jīng)9t才能完成一個任務,其預約表如下所示。時間功能段 123456789S1S2S3S4S5（1）畫出流水線任務調(diào)度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。（2）求流水線的最有調(diào)度策略和流水線的最大吞吐率。（3）按最優(yōu)調(diào)度策略連續(xù)輸入6個任務，流水線的實際吞吐率是多少？4.1 述3種向量處理方式，它們對向量處理機的結(jié)構(gòu)的要求有何不同？4.2 采用哪些方法來提高向量處理機的性能？4.3 用鏈接技術時，向量指令能夠鏈接執(zhí)行必須滿足哪些條件？4.4 CRAY-l機器上，按照鏈接方式執(zhí)行下述4條向量指令(括號中給出了相應功能部件時間)，如果向量寄存器和功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送需要1拍，試求此鏈接流水線的通過時間是多少拍？如果向量長度為 64，則需多少拍才能得到全部結(jié)果。V0存儲器（從存儲器中取數(shù)：拍）V2V0V1（向量加：拍）V3V2A3（按(A3)左移：拍）V5V3V4（向量邏輯乘：拍）4.5 量處理機有16個向量寄存器，其中V0-V5種分別存放有向量A,B,C,D,E,F,向量的長度是8,向量各元素均為浮點數(shù)；處理部件采用兩個單功能流水線，加法功能部件時間為2拍，乘法功能部件時間為3拍。采用類似CRAY-1的鏈接技術，先計算(A+B)C,在流水線不停的情況下，接著計算