計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：第4章 指令級并行

第四章指令級并行知識點(diǎn)匯總指令級并行、靜態(tài)調(diào)度、動(dòng)態(tài)調(diào)度、Tomasulo算法、分支歷史表（BHT）、分支目標(biāo)緩沖器（BTB）、前瞻執(zhí)行、再定序緩存（ROB）、循環(huán)展開計(jì)算題1.有一個(gè)采用Tomasulo算法的處理器，有六個(gè)Load緩沖器（分別用標(biāo)號Load1、Load2、Load3、Load4、Load5、Load6表示），有三個(gè)加法保留站（分別用標(biāo)號Add1、Add2、Add3表示），有兩個(gè)乘法保留站（分別用標(biāo)號Mult1、Mult2表示）。對于下列指令序列， L.D F6,32(R2) L.D F2,36(R3) MUL.D F0,F2,F4 SUB.D F8,F2,F6 DIV.D F8,F0,F6 ADD.D F6,F8,F2給出從第一條指令流出開始的第6個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)下面各表的內(nèi)容。假設(shè)：（1）指令按順序流出，每個(gè)時(shí)鐘周期流出一條指令。 （2）指令流出1個(gè)時(shí)鐘周期，寫結(jié)果一個(gè)時(shí)鐘周期，各種指令的操作延遲為：Load：1個(gè)時(shí)鐘周期；加法：2個(gè)時(shí)鐘周期；乘法：10個(gè)時(shí)鐘周期；除法：40個(gè)時(shí)鐘周期。 （3）開始時(shí)，處理器是完全空閑的，Load緩沖器按Load1、Load2、Load3、Load4、Load5、Load6的順序分配；加法保留站按Add1、Add2、Add3的順序分配；乘法保留站按Mult1、Mult2的順序分配。 （4）程序執(zhí)行前，R2的值為2000，R3的值為3000，內(nèi)存2032單元開始存放浮點(diǎn)數(shù)10，內(nèi)存3036單元開始存放浮點(diǎn)數(shù)20，F(xiàn)4寄存器存放浮點(diǎn)數(shù)5。2.單流出處理器采用Tomasulo算法進(jìn)行指令調(diào)度，有一個(gè)Load/Store部件，一個(gè)浮點(diǎn)乘法部件，一個(gè)浮點(diǎn)加法部件。假設(shè)：（1）緩沖器/保留站及其服務(wù)的指令類型如下表LOAD1LOAD2LOAD3ADD1MUL1訪存訪存訪存加減法乘除法（2）各個(gè)硬件操作及指令執(zhí)行的時(shí)鐘周期如下表IssueWriteBackADD.DMUL.DLD.DST.D1141044（3）待執(zhí)行指令序列如下表：指令對應(yīng)變量LD.DF2,0X00(R0)Rt=F2,Rs=R0,Imm=0X00MUL.DF0,F4,F2Rd=F0,Rs=F4,Rt=F2LD.DF4,0X04(R0)Rt=F4,Rs=R0,Imm=0X04ADD.DF0,F4,F2Rd=F0,Rs=F4,Rt=F2SD.DF0,0X08(R0)Rt=F0,Rs=R0,Imm=0X08（4）指令序列執(zhí)行前，指令均未流出，所有緩沖器/保留站均空閑，寄存器和主存狀態(tài)如下表索引R0F0F2F4#0XC6#0XCA#0XCE數(shù)值0XC60X060X0A0XB10X110X220X33注：題目中的地址和立即數(shù)均用16進(jìn)制表示，以0X作為起始標(biāo)識。例如，#0XCA表示16進(jìn)制數(shù)“CA”對應(yīng)的內(nèi)存地址。請給出第二個(gè)LD指令完成寫結(jié)果時(shí)下列各個(gè)狀態(tài)表的內(nèi)容。（1）指令執(zhí)行狀態(tài)時(shí)鐘周期表指令流出執(zhí)行寫結(jié)果LD.DF2,0X00(R0)MUL.DF0,F4,F2LD.DF4,0X04(R0)ADD.DF0,F4,F2ST.DF0,0X08(R0)（2）保留站/緩沖器狀態(tài)表LabelBusyOpVj(rs)Vk(rt)Qj(rs)Qk(rt)A(Imm)LOAD1LOAD2LOAD3ADD1MUL1（3）寄存器狀態(tài)表LabelF0F2F4Qi解：（1）指令執(zhí)行狀態(tài)時(shí)鐘周期表指令對應(yīng)變量流出執(zhí)行寫結(jié)果LD.DF2,0X00(R0)Rt=F2,Rs=R0,Imm=0X00126MUL.DF0,F4,F2Rd=F0,Rs=F4,Rt=F22717LD.DF4,0X04(R0)Rt=F4,Rs=R0,Imm=0X043610ADD.DF0,F4,F2Rd=F0,Rs=F4,Rt=F241115SD.DF0,0X08(R0)Rt=F0,Rs=R0,Imm=0X0851016（2）保留站/緩沖器狀態(tài)表LabelBusyOpVj(rs)Vk(rt)Qj(rs)Qk(rt)A(Imm)LOAD1NoLD.D0XC60XC6LOAD2NoLD.D0XC60XCALOAD3YesSD.D0XC6ADD10X08ADD1YesADD.D0X220X11MUL1YesMUL.D0XB10X11（3）寄存器狀態(tài)表LabelF0F2F4QiADD100解畢。站名站名保留站或Load緩沖器忙操作VjVkQjQkALoad1Load2Add1Add2Mult1Mult2域名寄存器狀態(tài)F0F2F4F6F8F10F12……F30Qi答案：站名站名保留站或Load緩沖器忙操作VjVkQjQkALoad1noLoad2noAdd1yesSUB.D2010Add2yesADD.D20Mult2Mult