计算机系统结构作业答案第三章(张晨曦)

3 1 3 3 为术语解释等解答题 3 4 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 T T 2 T 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 4N T 2 3N 1 T 3 2 N 1 T 3 6 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 3 9 列举下面循环中的所有相关 包括输出相关 反相关 真数据相关 for i 2 i 100 i i 1 a i b i a i 1 c i 1 a i d i 2 a i 1 2 b i 3 b i 1 2 b i 4 解 输出相关 第 k 次循环时 1 与第 k 1 轮时 3 反相关 第 k 次循环时 1 和 2 与第 k 1 轮时 3 真数据相关 每次循环 1 与 2 第 k 次循环 4 与 k 1 次循环 1 3 4 3 12 有一指令流水线如下所示 入出 1234 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 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 11 7e8 方法二 变成两级流水线 合并 方法三 将段 1 2 合并为一段 段 4 细化流水为两段 方法四 重复设置部件 设置 2 个部件 3 4 个部件 4 和第一种方法结果相同 3 14 有一条静态多功能流水线由 5 段组成 加法用 1 3 4 5 段 乘法用 1 2 5 段 第 3 段时间为 2 t 其余各段时间均为 t 而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存 于相应的流水寄存器中 现要在该流水线上计算 画出其时空图 并计算其 4 1 ii i AB 吞吐率 急速比和效率 解 1 任务划分如下 时空图如下 2 Tk 18 t TP 7 18 t S 29 18 1 611 E 29 18 5 29 90 32 2 3 15 一动态多功能流水线由 6 个功能段组成 如下图 图 4 图 4 其中 S1 S4 S5 S6 组成乘法流水线 S1 S2 S3 S6 组成加法流水线 每个功 能段时间均为 50ns 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 F A1 B1 A2 B2 A3 B3 A4 B4 5 6 7 空 间 S51234567 S41234 S311223344 S2567 S11234567时 间 18 t 够的缓冲寄存器 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 解 1 任务划分如下 时空图如下 2 Tk 22 t TP 7 11 t 7 11 50ns 12 727e6 S 28 11 2 555 E 14 33 42 42 3 18 在 Cray 1 机上 按链接方式执行下面 4 条向量指令 括号中给出相应功能部件时间 如果向量寄 存器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 如果向量长度为 64 则需要多少拍能得到全部结果 V0 存储器 存储器取数 7 拍 V2 V0 V1 向量加 3 拍 V3 V2 A3 按照 A3 左移 4 拍 V5 V3 V4 向量逻辑乘 2 拍 解答 解答 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 1 7 1 1 3 1 1 4 1 1 2 1 24 F X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 X3 Y3 Z3 X4 Y4 Z4 X5 Y5 Z5 空 间 S612345678910 11121314 S512345678910 S412345678910 S311121314 S211121314 S112345678910 11121314时 间 22 t 如果向量长度为 64 则需 24 64 1 87 拍能得到全部结果 3 19 某机有 16 个向量寄存器 其中 V0 V5 中分别放有向量 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 A B C 在流水线不停流的情况下 接着计算 D E F 1 求此链接流水线的流过时间为多少拍 设寄存器入 出各需 1 拍 2 假设每拍时间为 50ns 完成这些计算并把结