計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三四章作業(yè)及答案

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三四章作業(yè)及答案3.1簡述流水線技術(shù)的特點(diǎn)。（1）流水線把一個(gè)處理過程分解為若干個(gè)子過程，每個(gè)子過程由一個(gè)專門的功能部件來實(shí)現(xiàn)。因此，流水線實(shí)際上是把一個(gè)大的處理功能部件分解為多個(gè)獨(dú)立的功能部件，并依靠它們的并行工作來提高吞吐率。（2）流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。（3）流水線每一個(gè)功能部件的前面都要有一個(gè)緩沖寄存器，稱為流水寄存器。（4）流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過程，只有在輸入端不斷地提供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線的效率。（5）流水線需要有通過時(shí)間和排空時(shí)間。在這兩個(gè)時(shí)間段中，流水線都不是滿負(fù)荷工作。3.2解決流水線瓶頸問題有哪兩種常用方法？答：細(xì)分瓶頸段與重復(fù)設(shè)置瓶頸段3.3有一條指令流水線如下所示：50ns50ns50ns100ns200ns1234（1）求連續(xù)輸入10條指令的情況下，該流水線的實(shí)際吞吐率和效率。（2）該流水線的瓶頸在哪（2）（3）重復(fù)設(shè)置部件吞吐率提高倍數(shù)＝＝1.64△t2△t△t△t12345△t3.△t2△t△t△t12345△t解：首先，應(yīng)選擇適合于流水線工作的算法。對(duì)于本題，應(yīng)先計(jì)算A1＋B1、A2＋B2、A3＋B3和A4＋B4；再計(jì)算(A1＋B1)×(A2＋B2)和(A3＋B3)×(A4＋B4)；然后求總的結(jié)果。其次，畫出完成該計(jì)算的時(shí)空?qǐng)D，如圖所示，圖中陰影部分表示該段在工作。由圖可見，它在18個(gè)△t時(shí)間中，給出了7個(gè)結(jié)果。所以吞吐率為： 如果不用流水線，由于一次求積需3△t，一次求和需5△t，則產(chǎn)生上述7個(gè)結(jié)果共需（4×5+3×3）△t=29△t。所以加速比為： 該流水線的效率可由陰影區(qū)的面積和5個(gè)段總時(shí)空區(qū)的面積的比值求得： 3.6在一個(gè)5段流水線處理機(jī)上,各段執(zhí)行時(shí)間均為△t,需經(jīng)9△t才能完成一個(gè)任務(wù),其預(yù)約表如下所示。時(shí)間功能段123456789S1√√S2√√S3√√√S4√√S5√√（1）畫出流水線任務(wù)調(diào)度的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。（2）求流水線的最有調(diào)度策略和流水線的最大吞吐率。（3）按最優(yōu)調(diào)度策略連續(xù)輸入6個(gè)任務(wù)，流水線的實(shí)際吞吐率是多少？

4.1述3種向量處理方式，它們對(duì)向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)的要求有何不同？4.2采用哪些方法來提高向量處理機(jī)的性能？4.3用鏈接技術(shù)時(shí)，向量指令能夠鏈接執(zhí)行必須滿足哪些條件？4.4CRAY-l機(jī)器上，按照鏈接方式執(zhí)行下述4條向量指令(括號(hào)中給出了相應(yīng)功能部件時(shí)間)，如果向量寄存器和功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送需要1拍，試求此鏈接流水線的通過時(shí)間是多少拍？如果向量長度為64，則需多少拍才能得到全部結(jié)果。V0←存儲(chǔ)器 （從存儲(chǔ)器中取數(shù)：７拍）V2←V0＋V1 （向量加：３拍）V3←V2＜A3 （按(A3)左移：４拍）V5←V3∧V4 （向量邏輯乘：２拍）4.5量處理機(jī)有16個(gè)向量寄存器，其中V0-V5種分別存放有向量A,B,C,D,E,F,向量的長度是8,向量各元素均為浮點(diǎn)數(shù)；處理部件采用兩個(gè)單功能流水線，加法功能部件時(shí)間為2拍，乘法功能部件時(shí)間為3拍。采用類似CRAY-1的鏈接技術(shù)，先計(jì)算(A+B)×C,在流水線不停的情況下，接著計(jì)算(D+E)×F。（1）求此鏈