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第五章第五章 标量处理机与流水线标量处理机与流水线1 选择题选择题★1. 假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、 “分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为、和，顺序执行 n 条指令至少需要花费的时间为：tt2t3A. tn3B. 生产流水线tn2C. 装配流水线tn6D. 苏州流水线tn答案：C ★★2. 假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、 “分析”和“执行”三段，每一段的执行时间均为，连续执行 n 条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有t“取指令”和“执行”可重叠并假设 n 足够大）：A. 流水线设备tn3B. 上海流水线tn2C. 无锡流水线tn23D. 杭州流水线tn答案 B ★★3. 假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、 “分析”和“执行”三段，每一段的执行时间均为，连续执行 n 条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有t“取指令”和“分析”可重叠并假设 n 足够大）：A. tn3 B. tn2C. tn23D. tn 答案 B ★★4. 假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、 “分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为、和，连续执行 n 条指令所需要花费的最短时间约tt2t3为（假设仅有“取指令”和“执行”可重叠并假设 n 足够大）：A. tn6 B. tn5 C. tn3 D. tn 答案 B ★★5. 假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、 “分析”和“执行”三段，每一段分别只有一个部件可供使用并且执行时间分别为、和，连续执行 n 条tt2t3指令所需要花费的最短时间约为（假设“取指令”、 “分析”和“执行”可重叠并假设 n 足够大）：A. tn6 B. tn2 C. tn3 D. tn 答案 C ★★ 6. 看下述程序段： k：R0=R1×R4 k+1：R6=R5＋1 k+2：R2=R0×R3 k+3：R3=R4-1 k+4：R2=R5 K+5：……下列哪个数据相关没有在上述程序段中发生A. 先写后读相关B. 写-写相关C. 先读后写相关D. 以上都不对答案：D ★ 7. 看下述程序段： k：R5=R2 k+1：R0=R1×R4 k+2：R2=R5＋1 k+3：R4=R0×R3 k+4：R3=R4-1 K+5：……k 和 k+2 之间发生的是什么数据相关I. 先写后读相关II.写-写相关III. 先读后写相关A. 只有 I B. 只有 I、II C. 只有 I、IIID. 以上都不对答案：C ★8. 一条流水线可分为 k 段，各段执行时间都是，共向该流水线输入 n 个任务，t第 n 个任务结束于：A.tnkB.tnkC.1 nkD.tnk1答案：D ★9. 一条流水线的可分为 k 段，各段的执行时间都是，共向该流水线输入 n 个t任务，求该流水线实际吞吐率为：A. tknTPB. tnknTP1C. tTP1D. tnknTP) 1(答案：D ★10. 一条流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率（假设n=100）A. MIPS1 B. MIPS04. 1C. MIPS9709. 0D. MIPS9615. 0答案：C ★★11. 一条 4 段的流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率（假设 n=100）123……n-1n123……n-1n123……n-1n123……n-1n时间(μs)空 间04时间(μs01234μnsA. MIPS1 B. MIPS165. 0C. MIPS167. 0D. MIPS328. 0答案：D ★12. 一条流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的加速比A. 2 B. 3 C. 4 D. 6 答案：C ★123n123……n……123n……123n……时间(μs)空 间1234560123……n-1n123……n-1n123……n-1n123……n-1n时间空 间0413. 一条 4 段流水线，每段执行时间为 1ns，求该流水线执行 100 条指令最大效率为：A. 100% B. 96.2% C. 97.1% D. 388% 答案：C ★14. 如下图所示的浮点加法流水部件，计算，流水线经过10,, 2 , 1LiZYXiii多少时钟后排空（假设时钟长度为）tA. 16 B. 15 C. 14 D. 13 答案：B ★★15. 一台标量处理机，具有一条 5 级指令流水线，每级均耗时 1 个时钟周期，执行一个具有 20 条指令的代码序列。

现将此标量处理机改为超流水线处理机，采用同样基准的指令流水线，不同的是每隔 1/4 个时钟周期发射 1 条指令，执行相同的代码序列问前后两次执行的加速比A. 2.4 B. 2.46 C. 2.67 D. 2.75 答案：B ★★输入S1S2S3S4输出Δt3ΔtΔtΔtS2S216. 一条 4 个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算， 81iiiBA最少需要经过多少时间，假设运算的结果有专门的输出通路连接到输入端并且只有当一个流水线排空后流水线才可以发生另一种运算1）取指（2）译码、取数（3）运算（4）写结果A. 16 B. 22 C. 25 D. 27 答案：B ★17. 下图所示的时空图对应的处理机为：A. 标量处理机B. 超标量处理机C. 超流水处理机12341234123412341234时钟周期指 令I1I2I3I5I61234D. 超标量超流水处理机答案：C ★18. 一台度的超标量超流水线处理机的指令并行度为nm,A. m B. m(n-1) C. (m-1)(n-1) D. mn 答案：D ★★★19. 连续执行 100 条指令时，一台 2 度的超标量处理机的最大效率是多少（假设这里的每条流水线是 4 段标准流水线的流水线）A. 100% B. 97.1% C. 94.3% D. 92.6%答案：C（公式见演算题 13）★★★20. 连续执行 100 条指令时，一台 2 度的超流水线处理机的最大效率是多少（假设这里的流水线是 4 段标准流水线）A. 100% B. 96.1% C. 94.3% D. 93.4% 答案：D★★★21. 连续执行 100 条指令时，一台 5 度的超标量处理机的最大效率是多少（假设这里的每条流水线是基于 4 段标准流水线的超标量流水线）A. 100% B. 97.09% C. 87% D. 96.15% 答案：C 87％ ★22. 在超标量，超流水线，超标量超流水线等不同结构的指令级并行处理机上运行矩阵乘法 C＝A×B（假设 A 是 m×n 阶的矩阵，B 是 n×l 阶的矩阵），最少需要进行多少次乘法和多少次加法？A. mn, nl B. mnl, ml(n-1) C. mnl, mn(l-1) D. mnl, mnl答案：B（乘法，加法的次数不变）★★23. 试比较在指令并行度较低的情况下，具有相同指令并行度的超标量处理机 a和超流水线处理机 b 的效率A. a>b B. a=b C. a

并且只有当一个流水线排空后流水线才可以发生另一种运算1）取指（2）译码、取数（3）运算（4）写结果A. 19 B. 23 C. 24 D. 27答案：C(提示：画出时空图，注意在第二个流水段取数)2 问问答答题题★★1. 简述流水线技术的特点答：流水线技术具有以下特点：⑴流水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的“级”或“段”⑵流水技术适合于大量重复的时序过程★★2. 请写出 2 种数据相关方式，并举例说明分别在什么情况下发生（采用设计程序段的方式来说明）答：⑴写读相关：例如程序段 R0=R1×R4; R2=R0×R3 若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关⑵读写相关例如程序段 R2=R0×R3; R3=R4-1 若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生读写数据相关⑶写写相关例如程序段 R2=R0×R3; R3=R4-1; R2=R5 若指令三在指令一前发生则最终的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关★★3. 在流水线处理机当中，可能有哪几种操作数据相关？这几种相关分别发生在什么情况下？解决操作数相关的基本方法有哪几种？ 答： ①a. 写读相关（先写后读）例如程序段 R0=R1×R4; R2=R0×R3 若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关b. 写写相关例如程序段 R2=R0×R3; R3=R4-1; R2=R5 若指令三在指令一前发生则最终的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关c. 读写相关（先读后写）例如程序段 R2=R0×R3; R3=R4-1 若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生读写数据相关②解决数据相关的方法可以分为 2 大类：延迟执行、建立专用路径★4. 请写出两种解决流水线结构相关的方法。