Lec5 处理器Y86 习题

计算机系统院系 学号 姓名 授课教师 密封线一、 单项选择题（每小题1分，共20分）1. Y86-64的CPU顺序结构设计与实现中，分成（ B ）个阶段 A.5 B.6 C.7 D.82. 为了使计算机运行得更快，现代CPU采用了许多并行技术，将处理器的硬件组织成若干个阶段并让这些阶段并行操作的技术是（ A ），该技术的CPI一般不小于1。A. 流水线 B.超线程 C.超标量 D.向量机3. Y86-64的指令编码长度是（ A ）个字节 A.110 B.32 C.64 D.1284. 在Y86-64指令集体系结构中，程序员可见的状态不包括（ B ） A程序寄存器 B.高速缓存 C.条件码 D.程序状态5. 在Y86-64 CPU中有15个从0开始编码的通用寄存器，在对指令进行编码时，对于仅使用一个寄存器的指令，简单有效的处理方法是（ C ）A.用特定的指令类型代码B.用特定的指令功能码C.用特定编码0xFF表示操作数不是寄存器D.无法实现 二、 填空题 ( 每空1 分，共 10 分 )1. 2 三、 判断对错（每小题1分，共10分，在题前打 X 符号）1. （ X ）Y86-64的顺序结构实现中，寄存器文件读时是作为时序逻辑器件看待。2. （ ）现代超标量CPU指令的平均周期通常小于1个时钟周期。3. （ x ）Y86-64的顺序结构实现中，寄存器文件写时是作为组合逻辑器件看待。4. （ x ）在Y86-64的顺序结构实现中，寄存器文件写时是作为组合逻辑器件看待。四、简答题1. 简述Y86-64流水线CPU中的冒险的种类与处理方法。答：数据冒险：3分 指令使用寄存器R为目的，瞬时之后使用R寄存器为源。处理方法有暂停： 通过在执行阶段插入气泡（bubble/nop），使得当前指令执行暂停在译码阶段；数据转发：增加valM/valE的旁路路径，直接送到译码阶段；加载使用冒险：指令暂停在取指和译码阶段，在执行阶段插入气泡（bubble/nop）控制冒险：2分 分支预测错误：在条件为真的地址target处的两条指令分别插入1个bubble。 ret：在ret后插入3个bubble。 2. 参照Y86-64流水线CPU的实现，说明流水线如何工作。概念2分，结合示例3分。流水线化的系统，待执行的任务被划分成若干个独立的阶段，将处理器的硬件也组织成若干个单元，让各个独立的任务阶段在不同的硬件单元上一次执行，从而使多个任务并行操作。如Y86-64将指令执行分为取指、译码、执行、访存、写回5个阶段，通过在每个阶段插入流水线寄存器，利用时钟信号控制流水线的时序和操作，理想情况下可实现5条指令的同时运行。四、 系统分析题（每小题5分，共20分）1. 六、综合设计题（每小题10分，共20分）1. 请写出Y86-64 CPU顺序结构设计与实现中，POP指令在各阶段的微操作。2. 请写出Y86-64 CPU顺序结构设计与实现中，mrmovq指令在各阶段的操作。阶段mrmovq D(rB), rB取指icode:ifun M1PC rA:rB M1PC+1 valC M8PC+2 valP PC+10 译码 valB RrB 执行valE valB + valC访存valM M8valE写回RrA valM更新PCPC valP每个阶段2分 1. 为Y86-64 CPU增加一指令iaddq V,rB ，将常量数值V加到寄存器rB。参考irmovq、OPq指令，请设计iaddq指令在各阶段的微操作。(10分)指令irmovq V,rBOPq rA, rBiaddq V,rB取指icode:ifunM1PCicode:ifunM1PCrA:rBM1PC+1rA:rBM1PC+1valCM8PC+2valPPC+10valPPC+2译码valARrAvalB0valBRrB执行valEvalB+valCvalEvalB OP valASet CC访存写回RrBvalERrBvalE更新PCPCvalPPCvalP （1）取指:icode:ifunM1PCrA:rBM1PC+1valCM8PC+2val