【正文】 C*D的時空圖以及輸入端的變化，并求出該流水線的吞吐率和效率；當(dāng)流水線改為下圖 (b)形式實現(xiàn)同一計算時，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 ]為了減少運算過程中的操作數(shù)相關(guān)， A*B*C*D應(yīng)改為采用 ((A*B)*(C*D)) 的算法步驟進行運算。 [解 ]按圖 (a)組織，實現(xiàn) A*B*C*D的時空關(guān)系如下圖 (A)所示。 時間 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，實現(xiàn) A*B*C*D的時空關(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 ， 每個功能段的延遲時間均相等 。 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)在用這條流水線計算： 畫出流水線時空圖 ， 并計算流水線的實際吞吐率 、 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算方法。假設(shè)功能段的延遲為Δt。時空圖（不完全）如下，圖中的數(shù)字是指令號。 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 在一臺單流水線多操作部件的處理機上執(zhí)行下面的程序，取指令、指令譯碼各需要 1個時鐘周期， MOVE,ADDT和MUL操作各需要 2個、 3個和 4個時鐘周期。每個操作都在第一個時鐘周期從寄存器中讀取操作數(shù)，在最后 1個時鐘周期把運算結(jié)果寫到通用寄存器中。 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)行過程中，有哪幾種相關(guān)會引起流水線的停頓 ? （ 3）畫出指令執(zhí)行過程的流水線時空圖，并計算機執(zhí)行晚這 3條指令共使用了多少個時鐘周期？ K、 K+1 存在寫讀相關(guān)，讀寫相關(guān)； K+ K+2存在寫寫相關(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 的寫讀相關(guān)，會引起流水線的停頓； K+ K+2的寫寫相關(guān)會引起流水線的停頓。 IF1 ID1 RR1 EXE1 IF2 MD1 RR2 ID2 MD2 MD3 IF3 ID3 WR3 RR3 FA1 I1 I2 I3 時鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 3） WAW WAW (RAW) (RAW) WAW 共使用 11個時鐘周期 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 一臺非流水處理機 A的工作時鐘頻率為 25MHz，它的平均 CPI為 4。處理器 B是 A的改進型，它有 1條 5段的線性指令流水線。由于鎖定電路延遲及時鐘扭斜效應(yīng)，它的工作時鐘頻率僅為 20MHz,問： （ 1）若在 A和 B兩個處理器上執(zhí)行 100條指令的程序，則處理器 B對 A的加速比是多少？ （ 2）在執(zhí)行上述程時，計算 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)量流水線計算機每個時鐘發(fā)射兩條指令，其 4級指令流水線中包含 IF、 ID、 EXE、 WB流水級，各個流水段都是花費一個時鐘周期。 ALU指令在 EXE流水段完成算術(shù)運算，乘除指令比 ALU指令多花費 2個時鐘周期，訪存指令在 EXE功能段完成訪存操作。流水中無相關(guān)專用通路。指出下列指令序列中的數(shù)據(jù)相關(guān)性，分別畫出指令流水線在有序執(zhí)行有序?qū)懟?、無序執(zhí)行無序?qū)懟厍闆r下的時空圖。 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 存在寫讀相關(guān)； 5存在讀寫相關(guān)； 6存在寫讀相關(guān)； 6存在寫寫相關(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個時鐘周期 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 時鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 3） 相關(guān)性分析 : 無序發(fā)射無序完成之調(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個時鐘周期 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 時鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 （ 4） 相關(guān)性分析 : 無序發(fā)射無序完成之調(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個時鐘周期 作 在 CRAY1機上，設(shè)向量長度均為 64，所有浮點功能部件的執(zhí)行時間分別為：相加需 6拍，相加需 7拍，求倒數(shù)近似值需 14拍，從存儲器讀數(shù)據(jù)需 6拍，打入寄存器機啟動功能部件各需 1拍，問下列個指令組，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？并分別計算各指令組全部完成所需的拍數(shù)。 （ 1） V0 ← 存儲器 （ 2） V2 ← V0 V1 V1 ← V2 ＋ V3 V3 ← 存儲器 V4 ← V5 V6 V4 ← V2 ＋ V3 （ 3） V0 ← 存儲器 （ 4） V2 ← 存儲器 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）