計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課件：第四章作業(yè)答案

1、1、若有一靜態(tài)多功能流水線(xiàn)分為6段，如下圖所示，其中乘法流水線(xiàn)由1、2、3、6段組成，加法流水線(xiàn)由1、4、5、6段組成。使用流水線(xiàn)時(shí)，要等某種功能（如加法）操作都處理完畢后才能轉(zhuǎn)換成另一種功能（如乘法）。 若要計(jì)算：AB=（a1+b1）（a2+b2）（a3+b3） 問(wèn)：（1）在上述流水方式下，完成AB需多少時(shí)間？畫(huà)出時(shí)空?qǐng)D并計(jì)算此流水線(xiàn)的使用效率和吞吐率。 （2）與順序運(yùn)算方式相比，加速比為多少？, 2,T,解: (1),1,2,3,4,1,2,3,4,4,5,5,5,1,2,3,1,2,3,19 ,S,6,1,2,3,4,5,4,5,完成A*B需要的時(shí)間=19 ,效率為：,吞吐率為：,（2）

2、加速比為：,2、已知某單功能非線(xiàn)性流水線(xiàn)的預(yù)約表如下圖，要求： （1）列出禁止表F和沖突向量C。 （2）畫(huà)出該流水線(xiàn)狀態(tài)圖，確定其最小平均延遲以及此時(shí)的調(diào)度方案？ 當(dāng)按此流水調(diào)度方案共輸入8個(gè)任務(wù)時(shí)，則其實(shí)際吞吐率為多少？,附圖,解：(1)禁止表F=4 沖突向量 C=(1000) (2)最佳調(diào)度策略(1，1，1，5) 吞吐率=8/17t,=5,=5,=5,=5,=5,=5,=5,=5,1,2,3,2,3,3,1,3,2,1,1,2,各種調(diào)度方案及其相應(yīng)的平均延遲：,3、有一個(gè)雙輸入端的加-乘雙功能靜態(tài)流水線(xiàn)，由經(jīng)過(guò)時(shí)間為t、t、2t、t的1、2、3、4四個(gè)子過(guò)程構(gòu)成。加按1 2 4連接，乘按1

3、 3 4連接，流水線(xiàn)輸出設(shè)有數(shù)據(jù)緩沖器，也可將數(shù)據(jù)直接返回輸入。現(xiàn)要執(zhí)行 A*（B+C*（D+E*F）+G*H 的運(yùn)算，請(qǐng)調(diào)整計(jì)算順序，畫(huà)出能獲得吞吐率盡量高的流水時(shí)空?qǐng)D，標(biāo)出流水線(xiàn)入、出端數(shù)據(jù)的變化情況，求出完成全部運(yùn)算的時(shí)間及此期間整個(gè)流水線(xiàn)吞吐率，效率，加速比？如對(duì)流水線(xiàn)瓶頸子過(guò)程再細(xì)分，最少只需多少時(shí)間可完成全部運(yùn)算？若子過(guò)程3不能再細(xì)分，只能用并聯(lián)方法改進(jìn)，問(wèn)流水線(xiàn)的效率為多少？,解：根據(jù)題意，對(duì)算法經(jīng)調(diào)整后，能使流水吞吐率盡量高的流水時(shí)空?qǐng)D如圖所示。圖中已標(biāo)出了流水線(xiàn)入、出端的數(shù)據(jù)變化情況。,S,1,2,3,4,1,2,1,2,1,2,3,3,3,1,2,3,4,5,6,4,5,4

4、,5,6,6,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,輸入,輸出,AC,EF,AB,GH,ACD,ACEF,AB ACD,ACEF GH,ACEF+GH ACD+AB,AC,EF,AB,GH,ACD,ACEF,ACD+AB,ACEF+GH,ACEF+GH+ACD+AB,21t,S,1,2,31,32,1,2,1,3,2,4,3,5,6,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,根據(jù)上圖的流水時(shí)空?qǐng)D，可以看出，完成全部運(yùn)算的時(shí)間為21t。,如果現(xiàn)在將瓶頸子過(guò)程3細(xì)分成兩個(gè)子過(guò)程，則時(shí)空?qǐng)D如下圖所示。,4,1,3,2,4,5,6,1,3,2,4,5,6,16t,S,1,2,31,32

5、,1,2,1,3,1,3,3,5,5,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,4,2,4,2,4,6,6,1,3,2,4,5,6,16t,由上圖可見(jiàn)，完成全部運(yùn)算最少需要16t的時(shí)間即可。 現(xiàn)在若子過(guò)程3不能再細(xì)分了，只能用2個(gè)子過(guò)程3通過(guò)并聯(lián)來(lái)改進(jìn)，則其時(shí)空?qǐng)D如下圖所示。,完成全部運(yùn)算時(shí)的流水線(xiàn)效率,4、超級(jí)標(biāo)量機(jī)和超級(jí)流水線(xiàn)機(jī)都能開(kāi)發(fā)指令級(jí)的并行性，現(xiàn)假定這兩種機(jī)器的流水線(xiàn)都為4段，每段均需1個(gè)時(shí)鐘周期。若在超級(jí)標(biāo)量機(jī)中，每個(gè)時(shí)鐘周期可同時(shí)啟動(dòng)3條指令，而超級(jí)流水線(xiàn)機(jī)中則是每隔1/3時(shí)鐘周期啟動(dòng)一條指令?，F(xiàn)若要執(zhí)行6條指令的代碼序列，問(wèn)在兩種機(jī)器上各需用多少個(gè)時(shí)鐘周期方可執(zhí)行完畢？

6、 解：超級(jí)標(biāo)量機(jī)需5個(gè)時(shí)鐘周期，超級(jí)流水線(xiàn)機(jī)需5.67個(gè)時(shí)鐘周期。,5、 在CRAY-1機(jī)上，V是向量寄存器，設(shè)向量長(zhǎng)度均為32。S是標(biāo)量寄存器，所用浮點(diǎn)功能執(zhí)行部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：加法需6拍，相乘需7拍，從存儲(chǔ)器讀存數(shù)需6拍，求倒數(shù)近似值及除法需14拍，寫(xiě)入寄存器及啟動(dòng)功能部件（包括存儲(chǔ)器）各需1拍。問(wèn)下列各指令組中的哪些指令可以鏈接？哪些指令不可鏈接？哪些指令可以并行執(zhí)行？試說(shuō)明其原因并分別計(jì)算出各指令組全部完成所需的拍數(shù)。 （1）V0存儲(chǔ)器 （2）V2V0+V1 V1V2+V3 V3存儲(chǔ)器 V4V5*V6 V4V2*V3 （3）V0存儲(chǔ)器 （4） V0存儲(chǔ)器 V3V1+V2 V11/V

7、0 V4V0*V3 V3V1+V2 V6V4+V5 V5V3*V4 （5）V0存儲(chǔ)器 （6） V3存儲(chǔ)器 V1V2+V3 V2V0+V1 V4V5*V6 s0s2+s3 s0s1+s2 V3V1*V4 （7）V3存儲(chǔ)器 （8） V0存儲(chǔ)器 V2V0+V1 V2V0+V1 V4V2*V3 V3V1+V2 存儲(chǔ)器V4 V5V3*V4,解：(1)三條指令可全并行執(zhí)行,需(1+7+1)+(32-1)=40(拍) (2)前兩條并行,和第三條鏈接，需(1+7+1)+(1+6+1)+(32-1)=48拍 (3)前兩條并行和第三條鏈接,而第四條指令與第三條指令串行（因第二條和第四條功能部件沖突），需 (1+6+1)+(1+7+1)+(32-1)+(1+6+1) +(32-1) =87拍 (4)全部鏈接 (1+6+1)+(1+14+1)+(1+6+1)+(1+7+1)+(32-1)=72拍 (5)全并行執(zhí)行，需(1+7+1)+(32-1)=40(拍) (6)前三條指令并行，與第四條指令串行（V1源操作數(shù)沖突），需 (1+6+1)+(32-1)+(1+7+1)+(32-1)=79拍 (7)前兩條指令并行，與第三條鏈接，再與第四條串行（因第一條和第四條沖突），需 (1+6+1)+