計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)問答題第4章

1、第4章指令級(jí)并行簡述指令動(dòng)態(tài)調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)。（1）能夠處理一些編譯時(shí)情況不明的相關(guān)（比如涉及存儲(chǔ)器訪問的相關(guān)），并簡化 了編譯器。（2）能夠使本來是面向某一流水線優(yōu)化編譯的代碼在其他的流水線（動(dòng)態(tài)調(diào)度）上 也能高效地執(zhí)行。當(dāng)然，動(dòng)態(tài)調(diào)度的這些優(yōu)點(diǎn)是以硬件復(fù)雜性的顯著增加為代價(jià)的。為了支持亂序執(zhí)行，將教材第3章的5段流水線的譯碼（ID）段細(xì)分為哪兩個(gè)段？（1）流出：指令譯碼，并檢查是否存在結(jié)構(gòu)沖突。如果不存在結(jié)構(gòu)沖突，就將指令 流出。（2）讀操作數(shù)：等待數(shù)據(jù)沖突消失（如果有的話），然后讀操作數(shù)。論述Tomasulo算法的基本思想。Tomasulo算法的基本思想是只要操作數(shù)有效，就將其取到保留站，避免

2、指令流出時(shí)才 到寄存器中取數(shù)據(jù)，這就使得即將執(zhí)行的指令從相應(yīng)的保留站中取得操作數(shù)，而不是從寄 存器中。指令的執(zhí)行結(jié)果也是直接送到等待數(shù)據(jù)的其他保留站中去。因而，對(duì)于連續(xù)的寄 存器寫，只有最后一個(gè)才真正更新寄存器中的內(nèi)容。一條指令流出時(shí)，存放操作數(shù)的寄存 器名被換成為對(duì)應(yīng)于該寄存器保留站的名稱（編號(hào)）。指令流出邏輯和保留站相結(jié)合實(shí)現(xiàn) 寄存器換名，從而完全消除了數(shù)據(jù)寫后寫和先讀后寫相關(guān)這類名相關(guān)。Tomasulo算法采用分布的保留站，具有什么特點(diǎn)？（1）沖突檢測(cè)和指令執(zhí)行控制是分布的。每個(gè)功能部件的保留站中的信息決定了什 么時(shí)候指令可以在該功能部件開始執(zhí)行。（2）計(jì)算結(jié)果通過CDB直接從產(chǎn)生它的保

3、留站傳送到所有需要它的功能部件，而不 用經(jīng)過寄存器。在Tomasulo算法中，進(jìn)入“流出”段的條件是什么？對(duì)于浮點(diǎn)操作來說，要進(jìn)行 哪些動(dòng)作和記錄工作？進(jìn)入“流出”段的條件：有空閑保留站r動(dòng)作和記錄工作：寫出算法或者文字描述均可。要點(diǎn)：（1）判斷第一操作數(shù)是否就緒；如果是，就把操作數(shù)讀到保留站，否則就 把寄存器狀態(tài)表中的標(biāo)識(shí)送給保留站。（2）判斷第二操作數(shù)是否就緒；如果是，就把操作數(shù)讀到保留站，否則就 把寄存器狀態(tài)表中的標(biāo)識(shí)送給保留站。（3）把保留站置為忙。（4）把操作碼送保留站。（5）把保留站號(hào)r送到與該指令的結(jié)果寄存器對(duì)應(yīng)的寄存器狀態(tài)表項(xiàng)。動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù)的目的是什么？預(yù)測(cè)分支是否成功和盡

4、快找到分支目標(biāo)地址（或指令），從而避免控制相關(guān)造成流水 線停頓。采用動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)技術(shù),需要解決哪兩個(gè)關(guān)鍵問題？（1）如何記錄分支的歷史信息；（2）如何根據(jù)這些信息來預(yù)測(cè)分支的去向（甚至取 到指令）。BTB表格中的每一項(xiàng)至少有哪兩個(gè)字段？執(zhí)行過的成功分支指令的地址；預(yù)測(cè)的分支目標(biāo)地址。簡述前瞻執(zhí)行的基本思想。對(duì)分支指令的結(jié)果進(jìn)行猜測(cè)，并假設(shè)這個(gè)猜測(cè)總是對(duì)的，然后按這個(gè)猜測(cè)結(jié)果繼續(xù)取、 流出和執(zhí)行后續(xù)的指令。只是執(zhí)行指令的結(jié)果不是寫回到寄存器或存儲(chǔ)器，而是放到一個(gè) 稱為ROB的緩沖器中。等到相應(yīng)的指令得到“確認(rèn)”（即確實(shí)是應(yīng)該執(zhí)行的）后，才將結(jié) 果寫入寄存器或存儲(chǔ)器。基于硬件的前瞻執(zhí)行結(jié)合了哪三種

5、思想？（1）動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)。用來選擇后續(xù)執(zhí)行的指令。（2）在控制相關(guān)的結(jié)果尚未出來之前，前瞻地執(zhí)行后續(xù)指令。（3）用動(dòng)態(tài)調(diào)度對(duì)基本塊的各種組合進(jìn)行跨基本塊的調(diào)度。ROB中的每一項(xiàng)由哪4個(gè)字段組成？（1）指令類型：指出該指令是分支指令、store指令或寄存器操作指令。（2）目標(biāo)地址：給出指令執(zhí)行結(jié)果應(yīng)寫入的目標(biāo)寄存器號(hào)（如果是load和ALU指令） 或存儲(chǔ)器單元的地址（如果是store指令）。（3）數(shù)據(jù)值字段：用來保存指令前瞻執(zhí)行的結(jié)果，直到指令得到確認(rèn)。（4）就緒字段：指出指令是否已經(jīng)完成執(zhí)行并且數(shù)據(jù)已就緒。超標(biāo)量處理機(jī)與VLIW處理機(jī)相比有什么優(yōu)點(diǎn)？（1）超標(biāo)量結(jié)構(gòu)對(duì)程序員是透明的，因?yàn)樘幚頇C(jī)

6、能自己檢測(cè)下一條指令能否流出， 從而不需要重新排列指令來滿足指令的流出。（2）即使是沒有經(jīng)過編譯器針對(duì)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化的代碼或是舊的編譯器生 成的代碼也可以運(yùn)行，當(dāng)然運(yùn)行的效果不會(huì)很好。指令多流出處理器受哪些因素的限制？它主要受以下三個(gè)方面的影響：（1）程序所固有的指令級(jí)并行性。（2）硬件實(shí)現(xiàn)上的困難。（3）超標(biāo)量和超長指令字處理器固有的技術(shù)限制。14 .循環(huán)展開和指令調(diào)度時(shí)要注意哪幾個(gè)問題？（1）保證正確性。在循環(huán)展開和調(diào)度過程中尤其要注意兩個(gè)地方的正確性：循環(huán)控 制和操作數(shù)偏移量的修改。（2）注意有效性。只有能夠找到不同循環(huán)體之間的無關(guān)性，才能夠有效地使用循環(huán) 展開。（3）使用不同的寄存器。如果使用相同的寄存器，或者使用較少數(shù)量的寄存器，就可能導(dǎo)致新的沖突。（4）刪除多余的測(cè)試指令和分