計算機組成原理課件第四章作業(yè)1題

P257第四章習題4.1.1（具體指導(dǎo)在197頁，4.4.3）：

在基本的單周期實現(xiàn)中不同的指令使用不同的硬件單元，根據(jù)如下指令回答下列3個問題：指令解釋aAddRd,Rs,RtRd=Rs+RtbLwRt,offs(Rs)Rt=Mem(Rs+offs)4.1.1（a）、控制單元產(chǎn)生哪些控制信號？圖4-2P185RegDstALUSrcMemtoRegRegwriteMemreadMemwriteBranchALUOp1ALUOp0IF取指過程是公共操作，圖4-2沒有給出，具體操作：IMemRead,PC+4,PCSrc=0ID讀取寄存器Rs和Rt，但是圖中沒有給出“寄存器讀出”的控制信號，應(yīng)該加上EX0010MEM沒有數(shù)據(jù)存儲器的操作WB101表中1表示有效，0表示無效，0,1的具體含義參考P196圖4-16；參考：P197圖4-18，P193圖4-12，AddRd,Rs,Rt，P257第四章習題4.1.2（具體指導(dǎo)在197頁，4.4.3）：

在基本的單周期實現(xiàn)中不同的指令使用不同的硬件單元，根據(jù)如下指令回答下列3個問題：指令解釋aAddRd,Rs,RtRd=Rs+RtbLwRt,offs(Rs)Rt=Mem(Rs+offs)4.1.1（b）、控制單元產(chǎn)生哪些控制信號？圖4-2，P185RegDstALUSrcMemtoRegRegwriteMemreadMemwriteBranchALUOp1ALUOp0IF取指過程是公共操作，圖4-2沒有給出，具體操作：IMemRead,PC+4,PCSrc=0ID讀取寄存器Rs，但是圖中沒有給出“寄存器讀出”的控制信號，應(yīng)該加上EX100MemWB011100表中1表示有效，0表示無效，0,1的具體含義參考P196圖4-16；參考：P197圖4-18，P193圖4-12，LwRt,offs(Rs)Chapter4—TheProcessor—3控制4.1.2上述指令使用的功能單元AddRd,Rs,Rt1、存儲器（①指令存儲器單元②寄存器堆單元）；2、控制器（③控制信號產(chǎn)生單元④多路選擇單元⑧程序計數(shù)器PC）；3、運算器（⑤ALU單元⑥

PC自增加單元）。LwRt,offs(Rs)1、存儲器（①指令存儲器單元②寄存器堆單元⑦數(shù)據(jù)存儲器）；2、控制器（③控制信號產(chǎn)生單元④多路選擇單元⑧程序計數(shù)器PC

）；3、運算器（⑤ALU單元⑥

PC自增加單元）。。4.1.3上述指令使用的功能單元【①指令存儲器單元②寄存器堆單元③控制信號產(chǎn)生單元④多路選擇單元⑤ALU單元⑥PC自增加單元和轉(zhuǎn)移地址加法單元⑦數(shù)據(jù)存儲器⑧程序計數(shù)器PC】哪些單元會產(chǎn)生輸出，但是輸出不會被上述指令用到？哪些功能單元不產(chǎn)生輸出？a:轉(zhuǎn)移地址加法單元輸出，但被多選器屏蔽，沒有被使用。數(shù)據(jù)存儲器沒有輸出。b：轉(zhuǎn)移地址加法單元輸出未使用。所有單元都有輸出。關(guān)鍵路徑：產(chǎn)生最長延遲的路徑（a）4.1.4，AND：指令寄存器-加-多選器-寄存器堆（讀）-多選器-ALU-多選器-寄存器堆寫；400+【100】+30+200+30+120+30+200=990ps,4.1.5，LD:指令寄存器-加-多選器-寄存器堆（讀）-多選器-ALU-數(shù)據(jù)存儲器（讀）-多選器+寄存器堆（寫）；

400+【100】+30+200+30+120+350+30+200=1360ps,4.1.6，BEQ:指令寄存器-加-多選器-寄存器堆（讀）-多選器-ALU-多選器；

400+【100】+30+200+30+120+30=810psP268習題4.22討論流水線處理器的延時槽控制冒險和分支執(zhí)行之間的關(guān)系。五級流水線，完全轉(zhuǎn)發(fā)和預(yù)測分支總發(fā)生的處理器上運行。根據(jù)以下指令序列回答：alabel1Lw$1,40($6)Beq$2,$3,label2分支發(fā)生Add$1,$6,$4label2Beq$1,$2,label1分支不發(fā)生Sw$2,20($4)And$1,$1,$4badd$1,$5,$3Label1:Sw$1,0($2)Add%2,$2,$3Beq$2,$2,$3分支不發(fā)生Ass$5,$5,$1Sw$1,0（$2）4.22.1123456789101112Lw$1,40($6)IFIDEXMWBBeq$2,$3,label2IFIDEXMWB發(fā)生Add$1,$6,$4IF（F）ID(F)NOPNOPNOP計算分支目標地址要一個周期[P239-8]Beq$1,$2,label1

IFIDEXMWB不發(fā)生Sw$2,20($4)IFIDEXMWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMWB流水線執(zhí)行圖,注：為了畫圖方便，其中M代表Mem，F(xiàn)代表Flush,N代表nop123456789101112Add$1,$6,$4IFIDEXMWBLw$1,40($6)IFIDEXMWBBeq$2,$3,label2IFIDEXMWB發(fā)生Sw$2,20($4)IFIDEXMWB當做延遲槽指令Beq$1,$2,label1

IFIDEXMWB不發(fā)生And$1,$1,$4IFIDEXMWB4.22.2a指令1234567891011Lw$1,40($6)IFIDEXMEWBbeq$2,$3(T)IFIDEXMEWBBeq$1,$2(NT)IFIDEXMEWBSw$2,20($4)IFIDEXMEWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMEWBbAdd$1,$5,$3IFIDEXMEWBSw$1,0($2）IFIDEXMEWBAdd$2,$2,$3IFIDEXMEWBBeq$2,$4（NT）IFIDEXMEWBAdd$5,$5,$1IFIDEXMEWBSw$1,0($2)IFIDEXME4.22.1a指令123456789101112Lw$1,40($6)IFIDEXMEWBbeq$2,$3(T)IFIDEXMEWBAdd$1,$6,$4IFIDEXMEWBBeq$1,$2(NT)IFID****MEWBSw$2,20($4)IF****EXMEWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMEWBbAdd$1,$5,$3IFIDEXMEWBSw$1,0($2）IFIDEXMEWBAdd$2,$2,$3IFIDEXMEWBBeq$2,$4（NT）IFIDEXMEWBAdd$5,$5,$1IFIDEXMEWBSw$1,0($2)IFIDEXMEWB4.22.3如果把beq改成bez和bnez，修改程序a標號指令注釋label1Lw$1,40($6)Seq$8,$2,$3,如果$2=$3,則$8=1如果$8不等于0，則分支到label2【分支發(fā)生，Beq$2,$3,label2】Bnez$8,label2Add$1,$6,$4label2Seq$8,$1，$2,如果$1=$2,則$8=1如果$8=0，則分支到label1【分支不發(fā)生，Beq$1,$2,label1】Bez$8,label1Sw$2,20($4)And$1,$1,$4b標號指令A(yù)dd$1,$5,$3label1Sw$1,0（$2)Add$2,$2,$3Seq$8,$2,$4Bnze$8,label1Add$5,$5,$1Sw$1,0($2)【4.22.4】為支持在ID級執(zhí)行分支應(yīng)該加入冒險檢測邏輯。

圖4-62中加入的邏輯需要檢測什么類型的冒險？這個是檢測分支冒險的，所以應(yīng)該是控制冒險類型【4.22.5】對給定的指令序列，把執(zhí)行分支移到ID級帶來的加速比是多少？為什么？假設(shè)ID級進行的額外比較，不影響時鐘周期。123456789101112Lw$1,40($6)IFIDEXMWBBeq$2,$3,label2IFIDEXMWB發(fā)生Add$1,$6,$4IF（F）ID(F)NOPNOPNOP計算分支目標地址要一個周期[P239-8]Beq$1,$2,label1

IFIDEXMWB不發(fā)生Sw$2,20($4)IFIDEXMWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMWB把執(zhí)行分支移到ID級，執(zhí)行該程序是11個時鐘周期不加比較器，則要在EX級通過旁路給出結(jié)果，執(zhí)行該程序是13個時鐘周期，所以加速比是13/11=1.181234567891011121314Lw$1,40($6)IFIDEXMWBBeq$2,$3,label2IFIDEXMWBAdd$1,$6,$4IFIDEXMWBBeq$1,$2,label1

IFIDEXMWBSw$2,20($4)IFIDEXMWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMWB【4.22.5】對給定的指令序列，把執(zhí)行分支移到ID級帶來的加速比是多少？為什么？假設(shè)ID級進行的額外比較，不影響時鐘周期。a指令1234567891011Lw$1,40($6)IFIDEXMEWBbeq$2,$3(T)IFIDEXMEWBBeq$1,$2(NT)IF****IDEXMEWBSw$2,20($4)IFIDEXMEWBAnd$1,$1,$4IFIDEXMEWBbAdd$1,$5,$3IFIDEXMEWBSw$1,0($2）IFIDEXMEWBAdd$2,$2,$3IFIDEXMEWBBeq$2,$4（NT）IF****IDEXMEWBAdd$5,$5,$1