第五章-標(biāo)量處理機(jī)與流水線

第五章標(biāo)量處理機(jī)與流水線★tttn條指令至少需要花費(fèi)的D.nt32D.nt32D.ntttt執(zhí)行n條指令所需要花費(fèi)的最短時(shí)間約為(假設(shè)僅有“取指令”和“執(zhí)行:”可重疊并假設(shè)n足夠大)：A.6ntD.nt分別為t、2t和3t，連續(xù)行”可重疊并假設(shè)n足夠大)：A.6ntD.nt★kI.先寫后讀相關(guān)II.寫-寫相關(guān)III.先讀后寫相關(guān)★A.nktB(k+n)t★nA.TP=★1 tn10.一條流水線可以由以下時(shí)空圖來表示，求該流水線的實(shí)際吞吐率(假設(shè)n23…3…n123…n空間11.一條4段的流水線可以由以下時(shí)空圖來表示，求該流水線的實(shí)際吞吐率(假…n…nn132345633……n2空間01★n23…3…n123…n空間A.2★★iii過多少時(shí)鐘后排空(假設(shè)時(shí)鐘為t)SS2S2S2S4輸出輸入A.16★tt0t1t2t3t4t5t6tt0t1t2t3t4t5t6平均啟動周期A.6★II61234I51234I31234I21234I112341234期指令A(yù).標(biāo)量處理機(jī)B.超標(biāo)量處理機(jī)C.超流水處理機(jī)D.超標(biāo)量超流水處理機(jī)★A.m★★★★★★少(假設(shè)這里的每條流水線是基于4段標(biāo)準(zhǔn)流水線的超標(biāo)量流水線)★D.不能確定(和指令數(shù)有關(guān))iii=1最少需要經(jīng)過多少時(shí)間，假設(shè)運(yùn)算的結(jié)果必須先寫入到緩沖存儲器才能供輸A9iii=1A6★2問答題★1.簡述流水線技術(shù)的特點(diǎn)⑴流水過程由多個(gè)相聯(lián)系的子過程組成，每個(gè)過程稱為流水線的“級”或“段”。⑵流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過程?！铩?.請寫出2種亂序流動方式中的數(shù)據(jù)相關(guān)，并舉例說明分別在什么情況下發(fā)生(采用設(shè)計(jì)程序段的方式來說明)最終的結(jié)果與正確結(jié)果不同，此時(shí)發(fā)生寫讀相關(guān)生寫讀數(shù)據(jù)相關(guān)的結(jié)果與正確結(jié)果不同，此時(shí)發(fā)生寫寫數(shù)據(jù)相關(guān)★3.在流水線處理機(jī)當(dāng)中，可能有哪幾種操作數(shù)據(jù)相關(guān)？這幾種相關(guān)分別發(fā)生在①a.寫讀相關(guān)(先讀后寫)的結(jié)果與正確結(jié)果不同，此時(shí)發(fā)生寫寫數(shù)據(jù)相關(guān)c.讀寫相關(guān)(先寫后讀)生寫讀數(shù)據(jù)相關(guān)②★移是否成功PC即分支的目標(biāo)地址)預(yù)測分支失敗預(yù)測分支成功延遲分支若分支轉(zhuǎn)移失敗，必須保證被調(diào)度的指令對程序的執(zhí)行沒有影響，可能需要復(fù)制調(diào)度指令。分支轉(zhuǎn)移成功時(shí)，可提高流水線性能。單由于復(fù)制大程序空間度若分支轉(zhuǎn)移成功，必須保證被調(diào)度的指令對程序的執(zhí)行無影響。分支轉(zhuǎn)失敗時(shí)，可提高流水線性能★7.簡述單流水線標(biāo)量處理機(jī)、超標(biāo)量處理機(jī)、超流水線處理機(jī)、超標(biāo)量超流水8.畫圖說明什么是流水線“瓶頸”簡述解決流水線瓶頸的方法出入A再細(xì)分★流水線？什么是動態(tài)流水線3演算題★輸出輸出輸入123……n123……n123……n0123456n空間…n…nn132345633……n2空間01★★★1123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n123……n0123456n+4.5空間ii=1相等，流水線的輸出端與輸入端之間有直接的數(shù)據(jù)通路，而且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器。要求用盡可能短的時(shí)間完成計(jì)算工作，畫出流水線時(shí)空圖，計(jì)線的實(shí)際吞吐率、加速比和效率F=10A=[(A+A)+(A+A)+(A+A)+(A+A)+(A+A)]i11263248536974879510i=1法右下側(cè)地座標(biāo)表示這是第幾個(gè)加法tp(a)用該流水線執(zhí)行這一程序，并用通過延遲時(shí)間與其相等的一個(gè)等效非流水線處理機(jī)執(zhí)行同一程序，將兩者加以比較，并計(jì)算其加速比。(b)效率為nk15000 nf1500025106(IC/s)TP=k+(n1)=15004=24.99MIPSE524SS2S2S211S41輸入輸出這樣，任務(wù)可以連續(xù)進(jìn)入流水線，不存在瓶頸問題，效率為tt0t1t2t3t4t5t6②畫出狀態(tài)圖，確定其最小平均等待時(shí)間和最大吞吐率36+6+13*從狀態(tài)圖中可以看出(3)和(1，6)是迫切循環(huán)，(1，6)平均為3.5。所9.下列匯編代碼在一臺3段流水線處理機(jī)上執(zhí)行，每一段都有(相關(guān))檢測和分解。這3段是取指令、取操作數(shù)(根據(jù)要求取一個(gè)或多個(gè))和執(zhí)行(包括INCR0MULADD5534ADD62MUL7M1示tt0t1t2t3t4t5t6②畫出狀態(tài)圖，確定其最小平均等待時(shí)間和最大吞吐率③從簡單循環(huán)中找出迫切循環(huán)④使用此流水線時(shí)，列出可允許的最小恒定循環(huán)1迫切(最小啟動)循環(huán)為(1,1,6)TTP==maxMALT8T使用最小恒定循環(huán)時(shí)，流水線的吞吐率為1★★★時(shí)間。只計(jì)算乘法指令和加法指令的執(zhí)行時(shí)間，不計(jì)算取操作數(shù)、數(shù)據(jù)傳送鐘周期，另外，加法指令和乘法指令還要經(jīng)過一個(gè)“取指令”和“指令譯碼”有直接數(shù)據(jù)通路連接到有關(guān)操作部件的輸入端，在操作部件的輸出端設(shè)置有a的時(shí)間b，流水線每個(gè)功能段最短，并計(jì)算出時(shí)間(假