【正文】 C*D的時(shí)空?qǐng)D以及輸入端的變化，并求出該流水線的吞吐率和效率；當(dāng)流水線改為下圖 (b)形式實(shí)現(xiàn)同一計(jì)算時(shí)，求該流水線的效率及吞吐率。 階加 尾乘 規(guī)格化 ⊿ t 3⊿ t ⊿ t 積 操作數(shù) 圖 (a) 階加 尾乘 1 尾乘 2 尾乘 3 規(guī)格化 積 ⊿t 3⊿t ⊿t 3⊿t 3⊿t 圖 (b) [分析 ]為了減少運(yùn)算過(guò)程中的操作數(shù)相關(guān)， A*B*C*D應(yīng)改為采用 ((A*B)*(C*D)) 的算法步驟進(jìn)行運(yùn)算。 [解 ]按圖 (a)組織，實(shí)現(xiàn) A*B*C*D的時(shí)空關(guān)系如下圖 (A)所示。 時(shí)間 部件 輸入 輸出 A B C D A*B C*D A*B C*D A*B*C*D 13 規(guī)格化 尾乘 階加 圖 (A) 吞吐率 TP=3/(13⊿t) 效率 E=(3 5⊿t)/(3 13⊿t)=5/13=% 時(shí)間 部件 輸入 輸出 A B C D A*B C*D A*B C*D A*B*C*D 規(guī)格化 尾乘 3 尾乘 2 尾乘 1 階加 圖 (B) 11 流水線按圖 (b)組織時(shí)，實(shí)現(xiàn) A*B*C*D的時(shí)空關(guān)系如圖 (B) 吞吐率 TP=3/(11⊿t) 效率 E =(3 5⊿t)/(5 11⊿t)=3/11=% 例 (類似題 ) 一條線性靜態(tài)多功能流水線由 6個(gè)功能段組成 ， 加法操作使用其中的 6功能段 ， 乘法操作使用其中的 6功能段 ， 每個(gè)功能段的延遲時(shí)間均相等 。 流水線的輸入端與輸出端之間有直接數(shù)據(jù)通路 ， 而且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器 。 現(xiàn)在用這條流水線計(jì)算： 畫(huà)出流水線時(shí)空?qǐng)D ， 并計(jì)算流水線的實(shí)際吞吐率 、 加速比和效率 。 ????61)(iii BAF解： 為了取得較高的速度 ， 我們需要一次將乘法作完 ， 設(shè)源操作數(shù)存放在寄存器 A、 B中 ， 中間結(jié)果存放在寄存器 R中 ， 最后結(jié)果存放在寄存器 F中 ， 則執(zhí)行的指令序列如下所示： I1： R1←A 1*B1 I2： R2←A 2*B2 I3： R3←A 3*B3 I4： R4←A 4*B4 I5： R5←A 5*B5 I6： R6←A 6*B6 I7： R7←R 1+R2 I8： R8←R 3+R4 I9： R9←R 5+R6 I10： R10←R 7+R8 I11： F←R 9+R10 這并不是唯一可能的計(jì)算方法。假設(shè)功能段的延遲為Δt。時(shí)空?qǐng)D（不完全）如下，圖中的數(shù)字是指令號(hào)。 1 2 22Δt 部件 m 1 5 4 3 2 R1=A1*B1 R2=A2*B2 R3=A3*B3 R4=A4*B4 R5=A5*B5 R6=A6*B6 R7=R1+R2 R8=R3+R4 F=R9+R10 R1 R10 R6 R7 R8 F 6 1 1 1 3 3 2 2 2 3 4 3 4 4 4 5 6 5 5 5 6 6 6 7 8 7 7 7 8 8 8 9 R9=R5+R6 R10=R7+R8 9 9 9 10 10 11 10 10 11 11 11 乘法 加法 作 在一臺(tái)單流水線多操作部件的處理機(jī)上執(zhí)行下面的程序，取指令、指令譯碼各需要 1個(gè)時(shí)鐘周期， MOVE,ADDT和MUL操作各需要 2個(gè)、 3個(gè)和 4個(gè)時(shí)鐘周期。每個(gè)操作都在第一個(gè)時(shí)鐘周期從寄存器中讀取操作數(shù)，在最后 1個(gè)時(shí)鐘周期把運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)到通用寄存器中。 K： MOVE R1,R0 。 R1← R0 K+2： ADD R0,R2 , R3 。 R0← ( R2) +( R3) K+1： MUL R0 , R2 ,R1 。 R0← ( R1) ( R2) （ 1）就程序本身而言，可能有哪幾種相關(guān)？ （ 2）在程序?qū)嶋H執(zhí)行過(guò)程中，有哪幾種相關(guān)會(huì)引起流水線的停頓 ? （ 3）畫(huà)出指令執(zhí)行過(guò)程的流水線時(shí)空?qǐng)D，并計(jì)算機(jī)執(zhí)行晚這 3條指令共使用了多少個(gè)時(shí)鐘周期？ K、 K+1 存在寫(xiě)讀相關(guān)，讀寫(xiě)相關(guān)； K+ K+2存在寫(xiě)寫(xiě)相關(guān)。 K： MOVE R1,R0 。 R1← R0 K+2： ADD R0,R2 , R3 。 R0← ( R2) +( R3) K+1： MUL R0 , R2 ,R1 。 R0← ( R1) ( R2) 解 （ 1） （ 2） K、 K+1 的寫(xiě)讀相關(guān)，會(huì)引起流水線的停頓； K+ K+2的寫(xiě)寫(xiě)相關(guān)會(huì)引起流水線的停頓。 IF1 ID1 RR1 EXE1 IF2 MD1 RR2 ID2 MD2 MD3 IF3 ID3 WR3 RR3 FA1 I1 I2 I3 時(shí)鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 3） WAW WAW (RAW) (RAW) WAW 共使用 11個(gè)時(shí)鐘周期 K： MOVE R1,R0 。 R1← R0 K+2： ADD R0,R2 , R3 。 R0← ( R2) +( R3) K+1： MUL R0 , R2 ,R1 。 R0← ( R1) ( R2) WR1 WR2 FA2 作 一臺(tái)非流水處理機(jī) A的工作時(shí)鐘頻率為 25MHz，它的平均 CPI為 4。處理器 B是 A的改進(jìn)型，它有 1條 5段的線性指令流水線。由于鎖定電路延遲及時(shí)鐘扭斜效應(yīng)，它的工作時(shí)鐘頻率僅為 20MHz,問(wèn)： （ 1）若在 A和 B兩個(gè)處理器上執(zhí)行 100條指令的程序，則處理器 B對(duì) A的加速比是多少？ （ 2）在執(zhí)行上述程時(shí)，計(jì)算 A， B處理器各自的 MIPS速率是多少？ 42510 6????MMC P IRM I P S CA解 : 已知： MIPSB=20 20 ???ABP M I P SM I P SS題 某超標(biāo)量流水線計(jì)算機(jī)每個(gè)時(shí)鐘發(fā)射兩條指令，其 4級(jí)指令流水線中包含 IF、 ID、 EXE、 WB流水級(jí)，各個(gè)流水段都是花費(fèi)一個(gè)時(shí)鐘周期。 ALU指令在 EXE流水段完成算術(shù)運(yùn)算，乘除指令比 ALU指令多花費(fèi) 2個(gè)時(shí)鐘周期，訪存指令在 EXE功能段完成訪存操作。流水中無(wú)相關(guān)專用通路。指出下列指令序列中的數(shù)據(jù)相關(guān)性，分別畫(huà)出指令流水線在有序執(zhí)行有序?qū)懟?、無(wú)序執(zhí)行無(wú)序?qū)懟厍闆r下的時(shí)空?qǐng)D。 1： LOAD R0 , A 。 R0← 主存 (A)單元 2： ADD R1 , R0 。 R1← ( R1) +( R0) 3: LOAD R2 , B 。 R2← 主存 (B)單元 4： MUL R3 , R4 。 R3← ( R3) +( R4) 5： AND R4 , R5 。 R4← ( R4) ∧ ( R5) 6： ADD R2 , R5 。 R2← ( R2) +( R5) 解 （ 1） 相關(guān)性分析 : 2 存在寫(xiě)讀相關(guān)； 5存在讀寫(xiě)相關(guān)； 6存在寫(xiě)讀相關(guān)； 6存在寫(xiě)寫(xiě)相關(guān)。 IF1 ID1 EXE1 WR1 IF2 順序 WR2 EXE2 ID2 順序 (RAW) 順序 順序 順序 EXE1 MD2 WR1 IF2 ID2 EXE2 ID1 IF1 WR2 ID1 EXE1 IF1 WR1 ID2 MD1 MD2 MD3 I1 WR2 IF2 I2 I3 I4 I5 I6 時(shí)鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 2） 相關(guān)性分析 : 按序發(fā)射按序完成之調(diào)度 1： LOAD R0 , A 。 R0← 主存 (A)單元 (1,2RAW) 2： ADD R1 , R0 。 R1← ( R1) +( R0) 3: LOAD R2 , B 。 R2← 主存 (B)單元 (3,6RAW,WW) 4： MUL R3 , R4 。 R3← ( R3) ( R4) (4,5WAR) 5： AND R4 , R5 。 R4← ( R4) ∧ ( R5) 6： ADD R2 , R5 。 R2← ( R2) +( R5) 順序 順序順序 順序 (RAW) (RAW) (RAW) (RAW) (RAW) (RAW) (RAW) 主共使用 11個(gè)時(shí)鐘周期 IF1 ID1 EXE1 WR1 IF2 WR2 EXE2 ID2 RAM EXE2 MD2 MD1 WR1 IF2 ID2 EXE2 ID1 IF1 WR2 ID1 EXE1 IF1 WR1 ID2 I1 WR2 IF2 I3 I4 I5 I2 I6 時(shí)鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 3） 相關(guān)性分析 : 無(wú)序發(fā)射無(wú)序完成之調(diào)度 1： LOAD R0 , A 。 R0← 主存 (A)單元 (1,2RAW) 2： ADD R1 , R0 。 R1← ( R1) +( R0) 3: LOAD R2 , B 。 R2← 主存 (B)單元 (3,6RAW),WW 4： MUL R3 , R4 。 R3← ( R3) ( R4) (4,5WAR) 5： AND R4 , R5 。 R4← ( R4) ∧ ( R5) 6： ADD R2 , R5 。 R2← ( R2) +( R5) (RAW) MD3 主共使用 7個(gè)時(shí)鐘周期 IF1 ID1 EXE1 WR1 IF2 WR2 EXE2 ID2 EXE2 MD2 MD1 WR1 IF2 ID2 EXE2 ID1 IF1 WR2 ID1 EXE1 IF1 WR1 ID2 I1 WR2 IF2 I3 I4 I5 I2 I6 時(shí)鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 4） 相關(guān)性分析 : 無(wú)序發(fā)射無(wú)序完成之調(diào)度（設(shè)置專用數(shù)據(jù)通路） 1： LOAD R0 , A 。 R0← 主存 (A)單元 (1,2RAW) 2： ADD R1 , R0 。 R1← ( R1) +( R0) 3: LOAD R2 , B 。 R2← 主存 (B)單元 (3,6RAW),WW 4： MUL R3 , R4 。 R3← ( R3) ( R4) (4,5WAR) 5： AND R4 , R5 。 R4← ( R4) ∧ ( R5) 6： ADD R2 , R5 。 R2← ( R2) +( R5) MD3 主共使用 7個(gè)時(shí)鐘周期 作 在 CRAY1機(jī)上，設(shè)向量長(zhǎng)度均為 64，所有浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加需 6拍，相加需 7拍，求倒數(shù)近似值需 14拍，從存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)需 6拍，打入寄存器機(jī)啟動(dòng)功能部件各需 1拍，問(wèn)下列個(gè)指令組，組內(nèi)的哪些指令可以鏈接？，哪些指令不可以鏈接？不能鏈接的原因是什么？并分別計(jì)算各指令組全部完成所需的拍數(shù)。 （ 1） V0 ← 存儲(chǔ)器 （ 2） V2 ← V0 V1 V1 ← V2 ＋ V3 V3 ← 存儲(chǔ)器 V4 ← V5 V6 V4 ← V2 ＋ V3 （ 3） V0 ← 存儲(chǔ)器 （ 4） V2 ← 存儲(chǔ)器 V2 ← V0 V1 V1 ← 1/V0 V3 ← V2＋ V0 V3 ← V1 V2 V5 ← V3＋ V4 V5 ← V3 ＋ V4 解： 組 （ 1） 三條指令可并行執(zhí)行 。 T=1+7+1+641=72(拍 )。 組 （ 2） 前二條指令可并行執(zhí)行 ， 前兩條與第三條指令可鏈接執(zhí)行 。 T=（ 1+7+1+1+6+1）