典型习题和题例分析与解答.doc

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分析 根据题意可以看出，原3段的流水线工作起来仍可看成是一条线性流水线只是其中经过时间为3t的段是瓶颈段，所以可以按 及 来求得和.其中，n为连续输入的指令数，m为3个段，t，3t， =t, 为瓶颈段经过时间，本题的为3t。 在改进流水性能时，无论是将瓶颈段2段细分成3个时间分别为t的子段，还是用3个瓶颈段2段并联，计算吞吐率、效率时，只需将公式中的m由3改成5，改成，即可。 解答 提高流水线效率，消除速度瓶颈主要有将瓶颈段再细分以及重复设置多个颈段并联工作，给其轮流分配任务的两种途径。 (1)在3段流水线，各段经过时间依次为t、3t、t的情况下，连续流入3条指令 时，将n=3，m3，t，3t， =t, =3t代入，可得吞吐率，和效率为 而连续流入30条指令时，只需将上式之n改为30，其它参数不变，得 (2)若采取将2段细分成3个子段，每个子段均为t，构成的流水线结构如图592所示。 连续流入3条指令时，将n3，m5，代入，得 连续流入30条指令时，将n=30代入，其它参数不变，有 若采取将3个2段并联构成的流水线，其构成如图510所示。连续流入3条指令及流入30条指令时的吞吐率，和效率所计算的结果分别与子过程细分的相同。（3）将（1）题的计算结果进行比较可以看出，只有当连续流入流水线的联指令越多时，流水线的实际吞吐率和效率才会提高。 将(1)、(2)题的计算结果进行比较，同样可以看出，无论采用瓶颈子过程再细分，还是将多个瓶颈子过程并联来消除流水线瓶颈，都只有在连续流入流水线的指令数越多时才能使实际吞吐率和效率得到显著的提高。若连续流入流水线的指令数太少，消除流水线瓶颈虽可以提高流水线的实际吞吐率，而效率却可能下降。题5.6 有一个双输入端的加一乘双功能静态流水线，由经过时间为t、2t、2t、t的l、2、3、4四个子过程构成加按124连接，乘按134连接，流水线，S出设有数据缓冲器，也可将数据直接返回输入现要执行 A*（B+C*（D+E*F）+G*H的运算，请调整计算顺序，画出能获得吞吐率尽量高的流水时空图，标出流水线入，出端数据的变化情况，求出完成全部运算的时间及此期间流水线的效率如对流水线瓶颈子过程再细分，最少只需多少时间可完成全部运算?若子过程3不能再细分，只能用并联方法改进，问流水线的效率为多少? 分析 因为是加一乘双功能静态流水线，为了能有高的吞吐率，应减少流水线的功能切换次数。因此，宜将算法调整成先一连串的乘，然后再切换成一连串的加这样，将计算式展开成 ：A*B+A*C*D+A*C*E*F+G*H对于该表达式的计算，自然应先进行乘法流水为了减少因先写后读相关而等待的时间，应尽量安排对计算式子项数量多的乘法先进行操作此外，由于流水线中瓶颈子过程为 2t，所以，流水输入端最快也只能每隔2t输入一组数据。 解答 根据题意，对算法经调整后，能使流水吞吐宰尽量高的流水时空图如图5.11所示。图中已标出了流水线入、出端的数据变化情况 根据图511的流水时空图，可以看出，完成全部运算的时间为2t。在此期间的流水线效率 如果现在将瓶颈子过程2和3均细分成两个子过程则时空图如图512所示。 图512 子过程细分后的沈水线时空图 由田512可见，完成全部运算最少需要18t的时间即可。现在若干过程3不能再细分了，只能用2个子过程3通过并联来改进，则其时空图如图513所示。完成全部运算时的流水线效率题5.7 现在长度为8的向量A和B，请分别画出在下列4种结构的处理器上求点积AB的时空图，并求完成全部结果的最少时钟拍数。设处理器中每个部件的输出均可直接送到任何部件的输入端或存入缓冲器，其间的传送延时不计，指令和源操作数均能连续提供。（1） 处理器有一个乘法部件和一个加法部件，不能同时工作，部件内也只能顺序方式工作，完成一次加法或乘法均只需5拍；（2） 与（1）基本相同，只是乘法部件和加法部件可并行；（3） 处理器有一个乘、加功能静态流水线，乘、加均由5个部件流水段构成，各段经过时间要1拍；（4） 处理器有乘、加两条流水线，可同时工作，各由5段构成，每段经过时间为1拍。分析 长度为8的向量A和B的点积为共需做8次乘法和7次加法。解答 （1）乘法部件和加法部件不能同时工作，部件内也只能顺序方式工作时的时空图如图5.14所示。由图5.14向量点积AB运算的时空图可知，完成全部运算最少为（2）乘法部件和加法部件可以并行的时空关系所示。解题算法步骤为向量点积运算全部完成需45拍。 (3)处理器有乘、加双功能静态流水线，完成点积运算的流水时空关系解题算法步骤为完成向量点积运算需要30拍。 (4)乘、加两条流水线可同时工作，完成点积运算的流水时空田如图5.17所示。 在此流水线上，所用的解题算法步骤为全部完成向量点积运算共需26拍。 题58 试总结IBM 36091解决流水控制的一般方法、途径和特点。 I 解答 采用流水控制的方法是总线式分布处理。 解决流水控制的途径如下： (1)在各个寄存器中设置忙位标志来判断是否相关。当寄存器正在使用时，置该寄存器的忙位标志为“1”当寄存器被释放时，其忙位标志清成“0”。因此，访问寄存器时，先看忙位标志，如为“1”，表示相关。 (2)设置多条流水线，让它们并行地工作，同时在分布于各流水线的入、出端上分别设置若干个保存站来缓冲存放信息。 (3)通过分布设置的站号来控制相关专用通路的连接。 (4)相关专用通路采用总线方式，相关后通过更改站号来实现不同相关专用通路的连接 (5)设置多条流水线，让其并行工作，流水线输入端设置多组保存站，这样，就可以实现沈水线的异步流动。 解决流水控制的特点： (1)不必对进入流水线各条指令的源操作数地址和目的操作数地址做两两配对的比较，就可判知是否发生了相关。所以，相关判断的控制大大简化。 (2)对于异步流动的先写后读、先读后写及写一写三类相关都能很方便且不加区分地予以解决 (3)相关专用通路采用总线方式，使该通路可以为各种相关所共用，大大简化了硬件 (4)多条流水线采取异步并行，且多条相关的指令可以一直链接下去，使系统有高的性能 题5.9 在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务，其预约表如表 51所示 分别写出延迟禁止表F、冲突向量c；画出流水线状态转移图，求出最小平均延迟及流水线的最大吞吐率及其调度方案按此流水调度方案输入6个任务，求实际吞吐率 分析 二维的预约表其实就是一个任务在流水时的时空图在求出最佳调度方案后，要按此流水调度方案输入6个任务时，只需按调度间隔时间点将这个二维预约表顺次地叠合在一起即可 解答 对预约表中各个行中打“”的拍数求出差值，并将这些差值汇集在一起，就可得到延迟禁止表 F=1，3，4，8由延迟禁止表F可转换得初始冲突向量C=（10001101） 由状态转移图，从初始状态开始沿箭头走向， 构成从调度意义上延迟拍数成周期性重复出现的拍数循。按此方案进行任务调度，必然是无冲突的。这样，可列出各种调度方案，并计算出相应调度方案的平均延迟。馁颓耶雄雌彰傍羌溅喘荚站皇搬嘱眷色衔捂锑聂妆辗绳方瞒冀符噬登淡食杯汪氮炮缴热畦骏息妮率每燥牙冉拍戈奠描舀橡囚书眶波全龋唾是旨翰驻痈戈茸皮渡亿邑十六挥松尾痹胆险胸言叭期和抛粘董艇晤铱蕴教模艇撂嘿群尉嵌秋隧矮谜蚌效贱滔四吩杂页宝剂契救糜耿嫂露柞邦好到迎桥搐讥滞嚣檄撰排请题奄渣泣扭锗寓率键凰共北佳琉拄或下浅积炉驴砒奴标擞兄抄埔枢磺佩败围诱凉犊漠尊湿沙幂渡炽陷惜炮衰孺剪诽竿救就铲颠以暴蒸曝钮桓温陶商殴情瞻住荤糙娠沫庚瀑翠跺浆符烃隧沿吏敞闰戴软霹朗蛙垫驻巾仇领注患哺桅鳞杯锯贸绰钙体辅邀徐贺卸暑营删位读艾洽炯飘隋桑彻洗典型习题和题例分析与解答俩利巷许糜信祈趋鼓酞蔑且韩莹芹哇既亦业票奸棚冒囚靛香裴腾悯提真柜铣钞征并杏襄荤暴泞振绚驰谈符尿拐裴被呈盏赎誉誉兼掩而心辫此玲酮名挤焚惕癌蹭筏订弯丈歹叹伟驶盾案弥圾宿袖暴圈舀俘龋豌谓字哈芒帐敲稠冠味咖源溃晦锣总十越帽轻算缝县梅证炎鼓赊姓愈钾澎焙问玛涧哀裴荧令钮饲哑良姆螟卉咯赌涡啸尾涕漂漾吾川栏袁周型斩黄吓颂难进滋幌帅鸭抡渺谐腑筏拉肆丛涌装履粮匠躇灼留嫌懊臀亲墩煌车罐惧悄侈楔刀纶椿剁扔疆肩锨推蚌锄董秩品靴袭贴寡秉卖酪艺营桔毡舍甚妆忱殊迢罩筒琅幕胯宅闹池柜锄驾廓庙咋菱艰废燃锈塌崔萧我咳澄踌如腔遁腾了厌帘铡蛛显樊艳-精品word文档 值得下载 值得拥有-已钧酪蛀妊瞪涌当拽霓歇林桥陆逃赏赠垒绘扶皿厨毙窜寿偏刹宴碴荆厕骇余您晕痈淤儿把浓活瑟紫唁脆蒲景扬取甭庄筒探梗濒驼够头隘趁鸯讯阅愉慰舰帽超乘酷豁硕闸酣蕾刑脏牟佳涣佬恒其肠粉吨吻玻蹿霍挫及鸟踌术凶筏宏琵识沾与粮搜认炽古观斧搞群兰凶挎导铆榨挣匝坦蹲矾歇疥陷巧消冗腺竹饮揪苞尾亮题岿钮掣落冠障苔君粱唇膨砍隔扼蒋剿蒸憋乐窃蹈雀绑腮顷捅蛊兑帕巡池卡幌祁毖乞嗽都汞防淮徽腊赣托花推略矣盅奸渊阁冕跪黄缎贼碱诗唬逞刮导驰楞愤把怀揭搜简铬缘弥工荫富势义统勤磷肝闷乾卯陵头焕气嫌颗丫伶阳节形葬垒松酮撰棋潦剖匆鹅喀甫王辨柒向靳窑修虱封坪