计算机系统结构作业答案第三章计算机计算机原理_计算机-计算机原理.pdf

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1、为术语解释等解答题。设一条指令的执行过程分为取指令，分析指令和执行指令 3 个阶段，每个阶段所需时间分别为 AT.AT.2AT,分别求出下列各种情况下，连续执行 N条指令所需的时间。(1)顺序执行方式(2)只有“取指令”与“执行指令”重叠(3)“取指令”，“分析指令”与“执行指令”重叠 解：(1)4NAT(2)(3N+1)AT(3)2(N+1)AT 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？解：(1)细分瓶颈段 将瓶颈段细分为若干个子瓶颈段(2)重复设置瓶颈段 重复设置瓶颈段，使之并行工作，以此错开处理任务 列举下面循环中的所有相关，包括输岀相关，反相关，真数据相关。for(i=2:i 100;i=

2、i+1)ai=bi+a订;-(1)ci+1=ai+di：-(2)ai-1=2*bi;-(3)bi+1-2*bi;-(4)1 解：输出相关：第 k 次循坏时(1)与第 k+1 轮时(3)反相关：第 k 次循环时(1)和(2)与第 kT 轮时(3)真数据相关：每次循环(1)与(2),第 k 次循环与 k+1 次循坏(1),(3),(4)有一指令流水线如下所示 1234 岀 入 50ns 50ns 100ns 200ns(1)求连续如入 10 条指令的情况下，该流水线的实际吞吐率和效率(2)该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采用两种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你所给岀的两 种新的流水线连续输入 10

3、条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解：(1)(m表示流水线级数，n 表示任务数)(2)瓶颈在 3、4 段。方法一：变成八级流水线(细分)方法二：变成两级流水线(合并)4 细化流水为两段、2 合并为一段，段方法三：将段 1,和第一种方法结果相同 4 个部件 4 2 方法四：重复设畫部件，设養个部件 3,3、5 段，第、5 段，乘法用 1、2、有一条静态多功能流水线由 5 段组成，加法用 13、4 而且流 水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相 t,其余各段时间均为 At.段时间为 2A4?)B(A 并计 算其吞吐率、，应的流水寄存器中，现要在该流水线上计算画岀其时空图，乂出急速比和效率。).

4、任务划分如下：解:(1)(A(+B A+B F=(A)+B()A +B“和 (1)(2)(3)(4)(7)时空图如下:空间 5 S 67 1 2 3 4,4S 1 2 3112 2 3 3 4 4 5 S 7 6：5S 6 2 3 74 时 间 1,18 At Tk=18At,TP=7/18 At,S=29/18=,E 二 29/(18*5)=29/90%:图个功能段组成，如下图一动态多功能流水线由 6(4)4 图组成加法流水线，每个功能 S6S6 组成乘法流水线，SK S2、S3、其中：S1v S4、S5、。假定该流水线的输出结果可以直接返回流水线输入端，而且设置有足够段时间均为 50ns

5、的缓冲 寄存器。若按照最快的方式用该流水线计算。请画出其处理过程的时空图。计算其实 际吞吐率，加速比和效率。任务划分如下：)解：(1 Y ZZZ F二 XY+XYZ+XY+X Y Z+(2)(3)求出下列各种情况下连续执行条指令所需的时间顺序执行方式只有取指令与执行指令重叠取指令分析指令与执行指令重叠解解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法解细分瓶颈段将瓶颈段细分为若干个子瓶颈段重复设置瓶颈段重复设关第次循坏时与第轮时反相关第次循环时和与第轮时真数据相关每次循环与第次循环与次循坏有一指令流水线如下所示岀入求连续如入条指令的情况下该流水线的实际吞吐率和效率该流水线的瓶颈在哪一段请采用两种不同的措施消

6、务数瓶颈在段方法一变成八级流水线细分方法二变成两级流水线合并细化流水为两段合并为一段段方法三将段和第一种方法结果相同个部件方法四重复设畫部件设養个部件段第段乘法用有一条静态多功能流水线由段组成加法用而且(9X8)(10)(12)(11)(13)(14)时空图如下:间空 11 12 84 1 2 3 567 9 10 789 10 3 1 2 4 5610 1 23 4 5 6 7 8 9 1 3 1 4 时 1 1 1 2 1 3 1 4 1 1 1 2 1 3 1 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 t 22 A SS S|BS S 二 28/11

7、=A(,2)t=7/(11*50ns)=Tk=22AE=14/33=%tf,TP 二 7/11 条向捷指令(括号中 给出相应功能部件时间，如果向世寄存器机上，按链接方式执行下面Cray 4.在164,则需和功能部件之间的数据传 输需要1拍，试求此链接流水线的流过时间为多少拍？如果向蹩长度为要多少拍能得到全部结果：VO存储器(存储器取数：7拍)Y2TK1(向摄加：3拍)V3*-V2A3(按照A3左移:4拍)V5W3AV4(向曼逻辑聂：2拍)解答：(1+2+1)+(1+4+1)+(1+3+1)+(1+7+1)四条指令每前后两条依次存在先写后读相关，故流水线经过时间为=24o 如果向量长度为64,则

8、需24+(64-1)=87拍能得到全部结乗。、某机有16个向捷寄存器，其中VOV5中分别放有向塑A、B、C.D、E.F,向量长度均为8,向量各元素均为浮点数;处理部件采用二个单功能流水线，加法功能部件时间为2拍，乘法功能部件时间为3拍：用类似Cray 1的链接技术，先计算(AB)*C,在流水线不停流的情况下，接番计算(ME)*F(1)求此链接潦水线的流过时间为多少拍？(设寄存器入，岀各需1拍)。(2)假设每拍时间为50ns,完成这些计算并把结果存进相应寄存器此部件的实际的吞吐率是多少MFL0PS?解答：(1)(MB)*C可用以下2条指令完成：求出下列各种情况下连续执行条指令所需的时间顺序执行方

9、式只有取指令与执行指令重叠取指令分析指令与执行指令重叠解解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法解细分瓶颈段将瓶颈段细分为若干个子瓶颈段重复设置瓶颈段重复设关第次循坏时与第轮时反相关第次循环时和与第轮时真数据相关每次循环与第次循环与次循坏有一指令流水线如下所示岀入求连续如入条指令的情况下该流水线的实际吞吐率和效率该流水线的瓶颈在哪一段请采用两种不同的措施消务数瓶颈在段方法一变成八级流水线细分方法二变成两级流水线合并细化流水为两段合并为一段段方法三将段和第一种方法结果相同个部件方法四重复设畫部件设養个部件段第段乘法用有一条静态多功能流水线由段组成加法用而且voi也 vi io*c 流水线流过时间为(1

10、+2+1)+(1+3+1)=9拍 实际呑吐率为(2)求出下列各种情况下连续执行条指令所需的时间顺序执行方式只有取指令与执行指令重叠取指令分析指令与执行指令重叠解解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法解细分瓶颈段将瓶颈段细分为若干个子瓶颈段重复设置瓶颈段重复设关第次循坏时与第轮时反相关第次循环时和与第轮时真数据相关每次循环与第次循环与次循坏有一指令流水线如下所示岀入求连续如入条指令的情况下该流水线的实际吞吐率和效率该流水线的瓶颈在哪一段请采用两种不同的措施消务数瓶颈在段方法一变成八级流水线细分方法二变成两级流水线合并细化流水为两段合并为一段段方法三将段和第一种方法结果相同个部件方法四重复设畫部件设養个部件段第段乘法用有一条静态多功能流水线由段组成加法用而且