计算机系统结构作业答案第三章(20210305163454)

1、为术语解释等解答题。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 AT. AT. 2AT,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) 4NAT(2) (3N+1) AT(3) 2(N+1) AT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，以此错开处理任务列举下面循环中的所有相关，包括输岀相关，反相关，真数据相关。for(i = 2: i

2、 100; i = i+1)ai = bi + a订;(1)ci+1 = ai + di：(2)ai-1 = 2*bi;(3)bi+1 - 2*bi;(4)1解：输出相关：第k次循坏时(1)与第k+1轮时(3)反相关：第k次循环时(1)和(2)与第kT轮时(3)真数据相关：每次循环(1)与(2),第k次循环与k+1次循坏(1), (3), (4)有一指令流水线如下所示1234 岀 入50ns 50ns 100ns200ns(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”。对于你所给岀的两 种新的流水线连续输入

3、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)方法二：变成两级流水线(合并)4细化流水为两段、2合并为一段，段方法三：将段1,和第一种方法结果相同4个部件4 2方法四：重复设畫部件，设養个部件3,3、5段，第、5段，乘法用1、2、有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用13、4而且流 水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相t,其余各段时间均为At.段时间为2A4?)B(A并计 算其吞吐率、，应的流水寄存器中，现要在该流水线上计算画岀其时空图，乂出急速比和效率。).任务划分如下：解:(1 ) ( A

4、(+ B A+ B F = ( A) + B ( ) A + B “ 和(1)(2)(3) (4)(7)时空图如下:空间5S 67 123 4,4S12311223 344 5 S76：5S6 23 74时间 1,18AtTk = 18At, TP =7/18 At,S = 29/18=, E 二29/(18*5)=29/90%:图个功能段组成，如下图一动态多功能流水线由 6(4)4图组成加法流水线，每个功能S6S6组成乘法流水线，SK S2、S3、 其中：S1v S4、S5、。 假定该流水线的输出结果可以直接返回流水线输入端，而且设置有足够段时间均为50ns的缓冲 寄存器。若按照最快的方式用

5、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。任务划分如下：)解：(1 Y ZZZ F二XY +XYZ+ XY + X Y Z +(2)(3)(9X8)(10)(12) (11)(13)(14)时空图如下:间空11 12841 2 3 567 9 10789103 1 2 456101 23 4 5 67 891314时11121314111213141234567891011121314t22 ASS S|BSS 二 28/11 = A (, 2) t=7/(11*50ns)= Tk = 22AE = 14/33=%tf, TP 二 7/11 条向捷指令(括号中 给

6、出相应功能部件时间，如果向世寄存器机上，按链接方式执行下面Cray 4.在164,则需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？如果向蹩长度为要多少拍能得到全部结果：VO存储器(存储器取数：7拍)Y2TK1 (向摄加：3拍)V3*-V2A3(按照A3左移:4拍)V5W3AV4 (向曼逻辑聂：2拍)解答：(1+2+1)+ (1+4+1) + (1+3+1) + (1+7+1)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=24o如果向量长度为64,则需24 + (64-1) =87拍能得到全部结乗。、某机有16个向捷寄存器，其中VOV5中分别放有向塑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(AB)*C,在流水线不停流的情况下，接番计算(ME)*F(1)求此链接潦水线的流过时间为多少拍？(设寄存器入，岀各需1拍)。(2)假设每拍时间为50ns,完成这些计算并