高級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程試卷及試卷分析-大題詳細(xì)版

高級計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試卷作業(yè)授課教師陳文智作者姓名21321240陳英芝 21321191楊誼 21321284柴一平 21321189張翔提交日期2014年01月06日2013-2014學(xué)年秋冬學(xué)期高級計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試卷學(xué)號____________姓名____________分?jǐn)?shù)____________一、選擇題（共10題，每題2分，共20分）1、根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性可以將計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分為四大類。其中以陣列處理機(jī)和向量處理機(jī)為代表的是（），以多機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為代表的是（）。SISD，SIMDB.SIMD，MIMDC.MISD，MIMDD.MIMD，SIMD2、在流水線中，利用簡單硬件技術(shù)“轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）”可以解決一些數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)問題，從而減少流水線停頓，但是并非所有數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)都可以通過轉(zhuǎn)發(fā)方式處理。下列指令序列中，不能利用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)完全消除停頓的是（）。A.DADDR1，R2，R3 B.LDR1，0(R2)DSUBR4，R1，R5 DSUBR4，R1，R5C.DADDR1，R2，R3 D.LDR4，0(R1)LDR4，0(R1) DADDR1，R2，R33、下列語句間存在的指令間相關(guān)性有_______、_______，在基本流水線（MIPS）中會(huì)產(chǎn)生競爭的有_______、_______。DADDIU R1,R3,#-8BNE R1,R2,LOOPSUB R4,R4,#8A、RAW，WAR；RAW，WAR B、真相關(guān)，反相關(guān)；RAW，轉(zhuǎn)移C、真相關(guān)，控制相關(guān)；RAW，轉(zhuǎn)移 D、RAW，WAW；RAW，WAW4、下列哪個(gè)選項(xiàng)正確包含了記分牌全部限制因素：①指令間可用并行數(shù)少②積分卡的項(xiàng)數(shù)有限③功能單元數(shù)目和類型④存在反相關(guān)和輸出相關(guān)⑤未能利用轉(zhuǎn)發(fā)⑥無法解決RAWA.①②③④⑥ B.②③⑤⑥ C.①②③④⑤ D.①③④⑤⑥5、Tomasulo's硬件調(diào)度算法有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，一是_______競爭檢測邏輯，二是消除了_______競爭的阻塞。A、集中，WAW和WAR B、分散，WAW和WARC、集中，WAW和RAW D、分散，WAW和RAR

6、通過硬件動(dòng)態(tài)預(yù)測轉(zhuǎn)移指令的行為可以減少轉(zhuǎn)移代價(jià)，2位轉(zhuǎn)移預(yù)測緩沖器是硬件動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)之一。假設(shè)2位轉(zhuǎn)移預(yù)測緩沖器的初始值為0，某循環(huán)體共循環(huán)10次，若該循環(huán)體只在前9次循環(huán)實(shí)際轉(zhuǎn)移，最后1次實(shí)際不轉(zhuǎn)移，則2位預(yù)測緩沖器的命中率為（）。若該循環(huán)體在第一次循環(huán)實(shí)際轉(zhuǎn)移，且實(shí)際轉(zhuǎn)移行為間隔變換一次，則2位預(yù)測緩沖器的命中率為（）。A.90%，50% B.70%，20%C.70%，50% D.90%，20%7、多發(fā)射處理器的目標(biāo)是允許在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)射多條指令。兩種基本的多發(fā)射技術(shù)有（），（）。其中（）每時(shí)鐘周期發(fā)射固定數(shù)目的指令，（）主要采用硬件檢測競爭。A、多處理器，超標(biāo)量；超標(biāo)量，多處理器

B、VLIW，超標(biāo)量；VLIW，超標(biāo)量C、超標(biāo)量，VLIW；超標(biāo)量，VLIW

D、超標(biāo)量，VLIW；VLIW，超標(biāo)量8、以下說法正確的是：=1\*GB3①集中式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所有的處理器訪問存儲(chǔ)器的時(shí)間不一致=2\*GB3②在分布式共享存儲(chǔ)（DSM）系統(tǒng)中，任何一個(gè)處理器都能夠通過引用地址的方式訪問任意節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)器=3\*GB3③在消息傳遞多處理器系統(tǒng)中，不同處理器中相同的物理地址分別指向兩個(gè)不同存儲(chǔ)器中的不同位置=4\*GB3④NUMA（非均勻存儲(chǔ)器訪問）的訪問時(shí)間取決于數(shù)據(jù)字在存儲(chǔ)器中的位置A.=1\*GB3①=2\*GB3② B.=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④ C.=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④ D.=1\*GB3①=3\*GB3③=4\*GB3④9、出現(xiàn)多處理機(jī)cache不一致的原因有：共享可寫的數(shù)據(jù)、進(jìn)程遷移和I/O傳輸。有以下兩個(gè)不同處理器的程序T1和T2共享同一個(gè)可寫的數(shù)據(jù)，T1與T2分別使用緩存cache-1和cache-2，且采用寫回式寫回緩存。內(nèi)存與緩存的初始值如下表所示。這兩個(gè)進(jìn)程按下表順序執(zhí)行之后，內(nèi)存中保存的數(shù)據(jù)為（）。ProgramT1ProgramT2Cache-1Cache-2內(nèi)存初始值程序執(zhí)行順序STX,1STY,10LDY,R1STY’,R1LDX,R2STX’,R2X=Y=X=X’=Y=Y’=X=0Y=5X’=Y’=T1完成程序執(zhí)行Cache-1寫回XT2執(zhí)行結(jié)束Cache-2寫回X’與Y’Cache-1寫回YA. X=1，Y=10，X’=1，Y’=5 B.X=0，Y=10，X’=1，Y’=5C.X=1，Y=5，X’=1，Y’=10 D.X=0，Y=5，X’=1，Y’=510、在基于目錄的cache一致性協(xié)議中，已知數(shù)據(jù)塊可能處于以下3種狀態(tài)：共享（shared）、未緩存（uncached）、獨(dú)占（exclusive）。則在數(shù)據(jù)塊處于共享狀態(tài)時(shí)可能的目錄請求有：=1\*GB3①讀缺失=2\*GB3②寫缺失=3\*GB3③數(shù)據(jù)寫回A．=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③ B.=1\*GB3①=2\*GB3② C.=2\*GB3②=3\*GB3③ D.=1\*GB3①=3\*GB3③二、簡答題（共5題，每題4分，共20分）1、簡述流水線的三類冒險(xiǎn)，并指出數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)有哪幾類，以及解決數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)的方法。2、簡述分支延時(shí)槽的原理，并根據(jù)分支延時(shí)槽的原理優(yōu)化下述代碼。ADDR1，R2，R3DelayslotIfR2=0thenDelayslot3、簡述硬件投機(jī)機(jī)制的原理和ROB的作用，并指出ROB與普通的tomasulo算法中的保留站（reservationstations）的功能區(qū)別。4、簡述tomosulo算法和記分牌算法的異同。5、試解釋并行性的含義。三、計(jì)算題（共2題，每題10分，共20分）（1）概述Amadahl定律（2）假定指令中的FP（浮點(diǎn)）運(yùn)算頻率=25%，F(xiàn)P平均CPI=5.0，平均非FP的CPI=2.33，F(xiàn)PSQR（浮點(diǎn)開方）運(yùn)算頻率5%，F(xiàn)PSQR的平均CPI=20，假定有兩種方法提高性能，分別是： a.將FP中FPSQR的CPI減少到2 b.將FP的CPI減少到2.5，試計(jì)算這兩種方案的CPI，并計(jì)算出較好的方法的加速比，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字。（3）現(xiàn)有100個(gè)處理器，為了達(dá)到50倍的加速比，試計(jì)算所需要的并行度,結(jié)果保留四位有效數(shù)字。2、設(shè)指令間的相關(guān)性參數(shù)如下表，假定采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)5級整數(shù)流水線，這些功能單元被完全流水化或復(fù)制。試分析計(jì)算下列問題：（1）

計(jì)算該循環(huán)在未進(jìn)行任何調(diào)度時(shí)迭代一次需多少時(shí)鐘。（2）

采用軟件流水方式編譯優(yōu)化下列循環(huán)，使其循環(huán)內(nèi)的競爭最少。（3）

計(jì)算優(yōu)化后該循環(huán)迭代一次需多少時(shí)鐘。前操作指令后繼相關(guān)指令延遲時(shí)鐘FPALU

操作FPALU

操作3FPALU

操作Store(雙字)2Load(雙字)FPALU

操作1Load(雙字)Store(雙字)0LOOP：

L.D

F0，0(R1)ADD.D

F4，F(xiàn)0，F(xiàn)2S.D

0(R1)，F(xiàn)4DADDUI

R1，R1，#-8BNEZ

R1，LOOP四、分析題（共3題，共40分。第1題15分，第2題10分，第3題15分）1、（m,n）相關(guān)分支預(yù)測器利用最近執(zhí)行的m個(gè)分支的行為從2m個(gè)預(yù)測器中作出選擇，這些預(yù)測器都是n位預(yù)測器?，F(xiàn)有一個(gè)（2,2）相關(guān)分支預(yù)測器共8K位。（1）在該相關(guān)分支預(yù)測器中有多少項(xiàng)？（2）畫出這個(gè)相關(guān)預(yù)測器的硬件框圖。（3）假設(shè)全局轉(zhuǎn)移緩存和每個(gè)轉(zhuǎn)移預(yù)測器的初始值都為0，a初始值為1，利用上述（2,2）相關(guān)分支預(yù)測器，下列程序連續(xù)執(zhí)行5次時(shí)命中率是多少？Reg[R1]=a;Reg[R1]=a;BNEZ R1，L1;DADD R1，R0，#1;L1: DADDR3，R1，#-1; BNEZ R3，L2; DADDR1，R0，#2L2：…if(a==0) a=1;if(a==1) a=2;2、假設(shè)浮點(diǎn)功能單元的延遲為：加法為2個(gè)時(shí)鐘周期、乘法為6個(gè)時(shí)鐘周期、除法為12個(gè)時(shí)鐘周期。通過基于Tomasulo動(dòng)態(tài)調(diào)度的硬件投機(jī)技術(shù)，使用下面代碼段，寫出當(dāng)DIV.D指令做好提交準(zhǔn)備時(shí)的狀態(tài)表。L.DL.D F6,32(R2)L.D F2,44(R3)MUL.D F0,F2,F4SUB.D F8,F2,F6DIV.D F10,F0,F6ADD.D F6,F8,F2重排序緩沖器項(xiàng)目繁忙指令狀態(tài)目的地值123456FP寄存器狀態(tài)字段F0F1F2F3F4F5F6F7F8F10ROB#繁忙3、根據(jù)下表指令序列，結(jié)合snooping協(xié)議cache塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，假設(shè)緩存寫回方式采用寫回式。請正確填寫下面流程表，若內(nèi)存有多個(gè)數(shù)據(jù)，例如內(nèi)存中A1=10,A2=15則表格填寫方式為Addr：A1、A2，Value：10、15。snooping協(xié)議cache塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖注意：假設(shè)初始Cache的狀態(tài)為Invalid，且A1與A2映射到同一Cache塊，A1!=A2P1P2BUSMEMstepStatAddrValueStatAddrValueStatProcAddrValueAddrvalueP2:Write20toA1P1:Write40toA2P2:ReadA2P1:Write30toA2P1:Write50toA12013-2014學(xué)年秋冬學(xué)期高級計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試卷分析選擇題1、B。SIMD計(jì)算機(jī)屬于并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，一條指令可以同時(shí)對多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。SIMD計(jì)算機(jī)由單一的指令部件控制，按照同一指令流的要求，為多個(gè)處理單元分配各不相同的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。SIMD計(jì)算機(jī)以陣列處理機(jī)和向量處理機(jī)為代表。MIMD計(jì)算機(jī)屬于并行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，多個(gè)處理單元根據(jù)不同的控制流程執(zhí)行不同的操作，處理不同的數(shù)據(jù)。MIMD計(jì)算機(jī)是能夠?qū)崿F(xiàn)指令、數(shù)據(jù)作業(yè)、任務(wù)等各級全面并行計(jì)算的多機(jī)處理系統(tǒng)。2、B。本題考查對forwarding技術(shù)的理解。Forwarding技術(shù)是解決流水線中的部分?jǐn)?shù)據(jù)冒險(xiǎn)問題的重要硬件技術(shù)，但由于load指令只有在MEM周期結(jié)束之后才能得到數(shù)據(jù)，所以即使利用轉(zhuǎn)發(fā)也需要一個(gè)停頓之后才能得到數(shù)據(jù)。本題中B選項(xiàng)中LD與DSUB存在數(shù)據(jù)相關(guān)，且不能利用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)完全消除停頓。A,C選項(xiàng)都能利用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)消除停頓，而D選項(xiàng)不存在數(shù)據(jù)相關(guān)。答案選B。3、C。DADDIU R1,R3,#-8①BNE R1,R2,LOOP②SUB R4,R4,#8③①②之間存在真相關(guān)，產(chǎn)生RAW競爭。②存在控制相關(guān)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)移競爭。4、C。5、B。相較簡單的方案而言，Tomasulo方案有兩個(gè)優(yōu)勢：1）冒險(xiǎn)檢測邏輯的分散；2）消除可能產(chǎn)生的WAW和WAR冒險(xiǎn)的停頓。第一個(gè)優(yōu)勢源于分布式保留站和CDB的使用，第二個(gè)優(yōu)勢（消除WAR和WAW）是利用保留站來重命名寄存器，并在操作數(shù)可用時(shí)，立即將其存儲(chǔ)在保留站中。6、C。本題考查對2位轉(zhuǎn)移預(yù)測緩沖器的理解。2位預(yù)測器只有在連續(xù)預(yù)測錯(cuò)誤兩次之后才會(huì)修改預(yù)測方向。當(dāng)循環(huán)體在前9次實(shí)際轉(zhuǎn)移，最后一次實(shí)際不轉(zhuǎn)移時(shí)：預(yù)測器開始預(yù)測不轉(zhuǎn)移，前兩次都預(yù)測失敗，連續(xù)失敗兩次后，2位預(yù)測器預(yù)測轉(zhuǎn)移，所以3~9次預(yù)測成功，第10次實(shí)際不轉(zhuǎn)移，預(yù)測錯(cuò)誤，故命中率為70%。當(dāng)循環(huán)體第一次實(shí)際轉(zhuǎn)移且實(shí)際轉(zhuǎn)移行為間隔變換一次時(shí)：預(yù)測器每兩次命中一次，故命中率為50%。答案選C。7、B。多發(fā)射技術(shù)有superscalar超標(biāo)量方法和VLIW超長指令字。超標(biāo)量主要采用硬件檢測競爭，VLIM采用編譯構(gòu)成可并行執(zhí)行的指令包，每個(gè)周期始終發(fā)射固定數(shù)目的指令。8、C?，F(xiàn)有的MIMD機(jī)器根據(jù)存儲(chǔ)器組織方式可以分為兩類：集中式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分布式存儲(chǔ)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集中式共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)只有單一存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，對每個(gè)處理器而言都是對等的，每個(gè)處理器訪問的時(shí)間都相同，所以也被稱為對稱（共享存儲(chǔ)器）多處理器系統(tǒng)（SMP）或均勻存儲(chǔ)器訪問（UMA）。分布式存儲(chǔ)器多處理器系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的接口。 根據(jù)處理器間傳遞數(shù)據(jù)所用的方法，有兩種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。分布式共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)（DSM）和消息傳遞多處理器系統(tǒng)。DSM將物理上分離的存儲(chǔ)器作為邏輯上共享的地址空間進(jìn)行尋址，所以任何一個(gè)處理器都能夠通過引用地址的方式訪問任意節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)器，但是其訪問時(shí)間取決于數(shù)據(jù)字在存儲(chǔ)器中的位置，所以也被稱為NUMA（非均勻存儲(chǔ)器訪問）。消息傳遞多處理器系統(tǒng)的地址空間由多個(gè)私有的地址空間組成，這些私有地址空間在邏輯上是分散的，并且不能被遠(yuǎn)程處理器尋址。9、A。本題考察共享可寫數(shù)據(jù)時(shí)引起的cache不一致，寫回式和回寫式兩種緩存寫入方式的理解。采用寫回式緩存時(shí)緩存更新的數(shù)據(jù)不會(huì)立即反應(yīng)到內(nèi)存中。本題中，T1完成程序執(zhí)行時(shí)cache1中的X=1，Y=10。Cache1寫回X后，內(nèi)存中的X=1。T2執(zhí)行結(jié)束時(shí)cache2中的X=1，X’=1，Y=5，Y’=5。Cache2寫回X’與Y’后內(nèi)存中X=1，Y=5，X’=1，Y’=5。Cache1寫回Y后內(nèi)存中X=1，Y=10，X’=1，Y’=5。故答案為A。10、B。簡答題1、流水線的三類冒險(xiǎn)分別是：（1）結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)：當(dāng)硬件在指令重疊執(zhí)行中不能支持指令所有可能的組合時(shí)發(fā)生資源冒險(xiǎn)。（2）數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：在同時(shí)執(zhí)行的指令中，一條指令依賴于前一條指令的數(shù)據(jù)而得不到時(shí)發(fā)生的冒險(xiǎn)。（3）控制冒險(xiǎn)：流水線中的轉(zhuǎn)移指令或其他改寫PC的指令造成的冒險(xiǎn)。其中有3類數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：RAW（寫后讀）：指令j試圖在指令i寫一個(gè)數(shù)據(jù)之前讀取它，這時(shí)j會(huì)讀到錯(cuò)誤的值，RAW對應(yīng)于數(shù)據(jù)的真相關(guān)；WAW（寫后寫）：指令j試圖在指令i寫一個(gè)數(shù)據(jù)之前寫該數(shù)據(jù)，留下的值將會(huì)是指令i的結(jié)果，WAW對應(yīng)于輸出相關(guān)，只在特定類型的流水線中才發(fā)生；WAR（讀后寫）：指令j試圖在指令i讀一個(gè)數(shù)據(jù)之前寫該數(shù)據(jù)，這時(shí)指令i會(huì)錯(cuò)誤的讀出新值，WAR對應(yīng)于反相關(guān)，不會(huì)發(fā)生在靜態(tài)流水線之中。解決數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)的方法有：雙跳（doublebump）；停頓（stall）；轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）；指令重排序（instructionreorder）。2、分支延時(shí)槽的原理：引入分支延遲槽的目的主要是為了提高流水線的效率。流水線中，分支指令執(zhí)行時(shí)因?yàn)榇_定下一條指令的目標(biāo)地址一般要到第ID級以后，在目標(biāo)確定前流水線的取指級是不能工作的，即整個(gè)流水線就“浪費(fèi)”（阻塞）了一個(gè)時(shí)間片，為了利用這個(gè)時(shí)間片，在體系結(jié)構(gòu)的層面上規(guī)定跳轉(zhuǎn)指令后面的一個(gè)時(shí)間片為分支延遲槽（branchdelayslot）。位于分支延遲槽中的指令總是被執(zhí)行，與分支發(fā)生與否沒有關(guān)系。這樣就有效利用了一個(gè)時(shí)間片，消除了流水線的一個(gè)“氣泡”。調(diào)整后的代碼：ADDR1，R2，ADDR1，R2，R33、（1）硬件投機(jī)機(jī)制的原理：基于硬件的投機(jī)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是綜合了下述三種技術(shù)的一種集成技術(shù)：=1\*GB3①應(yīng)用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測技術(shù)選擇投機(jī)指令=2\*GB3②應(yīng)用投機(jī)技術(shù)達(dá)到在控制相關(guān)性消除以前就執(zhí)行指令=3\*GB3③應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)來調(diào)度程序基本塊的不同組合。實(shí)際上就是動(dòng)態(tài)投機(jī)與動(dòng)態(tài)調(diào)度相結(jié)合的一種技術(shù)。（2）ROB的作用：重構(gòu)序緩存（ROB）相當(dāng)于一個(gè)額外的虛擬存儲(chǔ)器，相當(dāng)于tomasulo算法中的保留站、loadbuffer和storebuffer等的功能。重構(gòu)序緩存在指令完成操作之后直到交付這段時(shí)間里保存該指令的結(jié)果，作為其他指令操作數(shù)的源。（3）ROB與RS的區(qū)別：在tomasulo算法中，當(dāng)指令完成寫結(jié)果的操作后，所有的后繼指令都將從寄存器文件中讀取結(jié)果。而在推測技術(shù)中，只有在指令提交之后寄存器文件才會(huì)被更新，即在指令執(zhí)行到指令提交這段時(shí)間之內(nèi)，由ROB提供操作數(shù)。4、（1）核心思想相同之處：兩者消除RAW競爭的思想相同。Tomasulo方法采用了記分牌方法的動(dòng)態(tài)調(diào)度的核心思想，多條指令處于發(fā)射狀態(tài)，等待條件成熟，可以不按順序執(zhí)行。（2）核心思想不同之處：Tomasulo方法通過寄存器換名過程可以消除WAR和WAW競爭。記分牌方法能檢測WAR和WAW競爭，一旦檢測到存在WAR和WAW競爭，通過插入停頓周期來解決這一競爭。所以，記分牌方法不能消除WAR和WAW競爭。（3）檢測競爭和控制指令執(zhí)行方式的不同：Tomasulo方法檢測競爭和控制指令執(zhí)行兩方面功能是通過分布在每一功能單元的保留站來進(jìn)行的，因此Tomasulo方法是一種分布式方法。記分牌方法的上述功能是通過統(tǒng)一的記分牌來實(shí)現(xiàn)的，因此記分牌方法是一種集中式方法。（4）寫結(jié)果的方法不同：Tomasulo方法直接將功能單元輸出的結(jié)果送往需要該結(jié)果的所有保留站，而不必經(jīng)過寄存器這一中間環(huán)節(jié)。記分牌方法是將結(jié)果寫入寄存器,因而可能造成等待這一結(jié)果的指令都出現(xiàn)停頓現(xiàn)象，之后，所有相關(guān)指令的功能單元在讀FP寄存器時(shí)又可能出現(xiàn)競爭現(xiàn)象。5、并行性是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有可以同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算或操作的特性，在同一時(shí)間完成兩種或兩種以上工作。它包括同時(shí)性與并發(fā)性兩種含義。同時(shí)性指兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)性指兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在同一時(shí)間間隔發(fā)生。是通過對有限物理資源強(qiáng)制行駛多用戶共享以提高效率。三、計(jì)算題1、1）Amdahal定律定義了使用某一特定功能所獲得的加速比。加速比取決于下面兩個(gè)因素：原計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間中可升級部分所占的比例；通過升級執(zhí)行模式得到的改進(jìn)，也就是說在為整個(gè)程序使用這一執(zhí)行模式時(shí)，任務(wù)的運(yùn)行速度會(huì)提高多少倍。2）由公式CPIoriginal=i=1=(5x25%)+(2.33x75%)=3CPInewFPSQR=CPIorignal-5%x(CPIoldFPSQR-CPIwithnewFPSQRonly)=3.0-5%x(20-2)=2.1同理，計(jì)算出CPInewFP=(75%x2.33)+(25%x2.5)=2.375通過比較，第一種方案更優(yōu)，加速比SpeedupnewFPSQR=CPIoriginal/CPInewFPSQR=3/2.1=1.42863）由加速比的公式得： 50 =1/(Fparallel/100+(1-Fparallel)) Fparallel≈0.98992、1)未調(diào)度時(shí)，迭代一次需10個(gè)時(shí)鐘。FDXMWFDSA1A2A3A4WFSDSSXMWFSSDXMWFSDXMWFF10cc2）軟件流水方式編譯優(yōu)化后的循環(huán)代碼如下：#啟動(dòng)代碼：L.DF0,0(R1)DADDUIR1,R1,#-8ADD.DF4,F0,F2L.DF0,0(R1)DADDUIR1,R1,#-8#循環(huán)代碼：loop:S.D F4,16(R1);存到M[i]ADD.D F4,F0,F2;M[i-1]LD F0,0(R1);取M[i-2]BNEZR1,loopDADDUIR1,R1,#-8#結(jié)束代碼：S.DF4,16(R1)ADD.DF4,F0,F2S.DF4,8(R1)3)軟件流水方式編譯優(yōu)化之后，每迭代n次，啟動(dòng)代碼和結(jié)束代碼各執(zhí)行一次，loop代碼執(zhí)行n次。其中：#啟動(dòng)代碼：L.DF0,0(R1)1DADDUIR1,R1,#-82ADD.DF4,F0,F23L.DF0,0(R1)4DADDUIR1,R1,#-85每執(zhí)行一次啟動(dòng)代碼需要5個(gè)時(shí)鐘周期#循環(huán)代碼：loop:S.D 16(R1),F4;存到M[i]1ADD.D F4,F0,F2;M[i-1]2LDF0,0(R1);取M[i-2]3BNEZR1,loop4DADDUIR1,R1,#-85每執(zhí)行一次循環(huán)代碼需要5個(gè)時(shí)鐘周期#結(jié)束代碼：ADD.DF4,F0,F21S.D16(R1),F42Stall3S.D8(R1),F44每執(zhí)行一次結(jié)束代碼需要4個(gè)時(shí)鐘周期所以當(dāng)?shù)鷑次時(shí)，總共需要9+5n個(gè)時(shí)鐘周期。所以每迭代一次需要的時(shí)鐘周期數(shù)（9+5n）/n=5+9/n四、分析題1、本題要求對關(guān)聯(lián)預(yù)測器和2位預(yù)測器有較好的理解，能綜合運(yùn)用關(guān)聯(lián)預(yù)測器與2位預(yù)測器的結(jié)合。（1）22*2*由分支選中的預(yù)測項(xiàng)數(shù)=8K，則由分支選中的預(yù)測項(xiàng)數(shù)=1K。（2）這個(gè)相關(guān)預(yù)測器的硬件框圖如下：1010每個(gè)BR指令的低位地址每個(gè)轉(zhuǎn)移預(yù)測器2位2位全局轉(zhuǎn)移歷史記錄：最后兩條指令的轉(zhuǎn)移情況本次BR的預(yù)測位為XX1K項(xiàng)（3）程序執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)