计算机高级培训作业三,计算机系统结构三四章作业及答案培训讲学.docx

计算机系统结构三四章作业及答案

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3.1简述流水线技术的特点。(1)流水线把一个处理过程分解为若干个子过 程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个 大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高 吞吐率。(2)流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和 断流。(3)流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水 寄存器。(4)流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提 供任务，才能充分发挥流水线的效率。(5)流水线需要有通过时间和排空时 间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。

3.2解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段

3.3有一条指令流水线如下所示：

(1)求连续输入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。对于你所给出的 两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解：

(1)

m

Tpipeli neti (n 1) tmax

i 1

(5050100200)9 200

2200(n s)

TP ^T pipeline ^220(nS )

m

t i

E TP u TP—45.45%

m411

(2)瓶颈在3、4段。

变成八级流水线(细分)

123 13 2I 4 1—- ■4 450ns50ns50ns50ns50ns

1

2

3 1

3 2

I 4 1

—- ■

4 4

50ns

50ns

50ns

50ns

50ns

50ns

1) tmax

T pipeli ne

i 1

ti

(n

50 89

50

850( ns)

850( ns)

tins 1)TPT pipelineTP4001058.82%817段

ti

ns 1)

TPT pipeline

TP

40010

58.82%

817

段.

重复

设置

部件

时间

TP nTpipeline ^S^1)

E 400 10850 810175&82%

3.4有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次, 然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是 △，问：

(1)当在流水线的输入端连续地每 △时间输入一个任务时，该流水线会发生

什么情况？

(2)此流水线的最大吞吐率为多少？如果每 24输入一个任务，连续处理10 个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？

(3)当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理 10个任务 时，其吞吐率提高多少？

(2)TPmaxpipeli neTpE12 t23 tT pipelineTP 5 t45°9254.35%(3)重复设置部件△t

(2)

TP

max

pipeli ne

Tp

E

1

2 t

23 t

T pipeline

TP 5 t45°9254.35%

(3)重复设置部件

△t

△t

△t

△ t

第1个任 务

S1

S2

S3

S3

S4

第2个任 务

S1

S2

stall

S3

S3

S4

第3个任 务

S1

stall

S2

stall

S3

S3

S4

第4个任 务

S1

stall

S2

stall

S3

S3

S4

段丄

4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

門

3_2

2

2

4

4

6

6

8

8

10

10

3_1

1

1

3

3

5

5

7

7

9

9

2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

:时间

—:?

14 t

TP

TP n

| pipeline

吞吐率提高倍数二=

吞吐率提高倍数二

=1.64

3.5有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、 2、5段，第2段的时间为24，其余各段的时间均为△，而且流水线的输出可

以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算4

以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算

4

(Ai

i 1

解：首先，应选择适合于流水线工作的算法。对于本题，应先计算A1 +

B1、A2 + B2、A3+ B3和 A4+ B4；再计算(A1 + B1) X(A2+ B2)和(A3+ B3)X(A4+ B4)；然后求总的结果。

其次，画出完成该计算的时空图，如图所示，图中阴影部分表示该段在工

AB