计算机系统结构复习重点 课后习题解答(顾一禾).(DOC)

5 100101 5 4 2 5 100111 4 101101 2 101111 5 调度方案 2，5 2，2，5 4，5 4 5 最佳的无冲突调度方案为 2，2，5， 2、

S5 S4 S3 S2 1 平均延迟时间 3.5 3 4.5 4 5 1 2 3 1 1 2 2 3 6 2 1 3 2 1 7 2 3 3 2 3 8 3 4 3 4 3 4 5 4 4 5 4 5 4 6 4 5 5 6 5 4 6 5 4 5 6 6 6 5 6 5 6 6 6 1 1 2 2 1 4 1 2 3 2 9 S1 1 3 5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 设每个功能段的时间为△t 流水线的最大吞吐率 Tpmax＝1/3△t

流水线的实际吞吐率 Tp＝6/20△t≈0.3/△t 流水线的加速比：Sp＝6×7△t/20△t≈2. 1 流水线的效率：E＝6×10/5*20＝3/5＝0.6=60%

3.19 解：（1）设A＋B的中间结果放在V6中，（A＋B）×C的最后结果放在V7中，D＋E的中间结果放在V8中，（D＋E）×F的最后结果放在V9中。具体实现参考下图：

V0AV1BV6V2CV7向量加向量乘V3DV4EV8V5FV9 通过时间应该为前者（（A＋B）×C）通过的时间：

T通过= (1+2+1)+(1+3+1) =9（拍）

（2）在做完（A＋B）×C之后，作（C＋D）×E就不需要通过时间了。

V6←A＋B V7←V6×C

V8←D＋E

V9←V8×F

T?T通过＋（8－1）?8?24（拍）?1200(ns)32TP??26.67MFLOPST

第四章

1. 指令级并行的基本概念。 2. 开发指令级并行常用的方法

3. 超标量、超流水、超长指令字的概念。 4. 超长指令字的实现

5. 循环展开和指令调度的基本方法 部分习题参考答案： 4.3分析：

产生结果指令 浮点计算 浮点计算 使用结果指令 另外的浮点计算 浮点数据存操作（SD） 浮点计算 延迟时钟周期数 3 2 1 0 浮点数据取操作（LD） 浮点数据取操作（LD） 浮点数据存操作（SD） 指令在流水线中执行时需要的延迟：

LOOP: L.D F0,0(R1) （空转） MUL.D F0,F0,F2 L.D F4,0(R2)

（空转） （空转）

ADD.D F0,F0,F4

（空转） （空转）

S.D F0,0(R2) DSUBI R1,R1,#8 DSUBI R2,R2,#8 BNEZ R1,LOOP

（空转）

解：将循环展开两次，进行指令调度，即可以消除延迟，其中增加寄存器F10、F14，对应一次循环中的F0和F4.

代码如下： LOOP： L.D F0，0（R1）

L.D F10，-8（R1） MUL.D F0，F0，F2 MUL.D F10，F10，F2 L.D F4，0（R2） L.D F14，-8（R2） ADD.D F0，F0，F4

ADD.D DSUBI S.D DSUBI BNEZ S.D F10，F10，F14 R1，R1，#16 F0，0(R2) R2，R2，#16 R1，LOOP F10，8(R2)

4.9 解：标量流水处理机的时空图：

执行 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 分析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 取指 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 时间 执行完12条指令需T1＝14△t。

超标量流水处理机与超长指令字处理机的时空图：

4 8 12 执行 3 7 11 2 6 10 1 5 9 4 8 12 4 8 12 执行 3 7 11 2 6 10 1 5 9 1 5 9 分析 3 7 11 2 6 10 1 5 9 4 8 12 分析 取指 1 5 9 5 时间 取指 3 7 11 2 6 10 1 5 9 超长指令字处理机时空图 5 时间 超标量处理机时空图

超标量流水处理机中，每一个时钟周期同时启动4条指令。执行完12条指令需T2＝5△t，相对于标量流水处理机的加速比为：

T14?tS2?1??2.8

T25?t超长指令字处理机中，每4条指令组成一条长指令，共形成3条长指令。执行完12条指令需T3＝5△t，相

对于标量流水处理机的加速比为：

T14?tS3?1??2.8

T35?t超流水处理机的时空图：

4 8 12 7 11 6 10 执行 1 4 3 2 1 4 3 2 5 9 8 12 7 11 分析 6 10 5 9 8 12 取指 3 2 1 7 11 6 10 5 9 4 5 5.75 时间

超流水处理机中，每1/4个时钟周期启动一条指令。执行完12条指令需T4＝5.75△t，相对于标量流水处理机的加速比为：

T14?tS4?1??2.435

T45.75?t

补充题

设系统中有多个加法器，不存在加法器的资源冲突，有3条连续指令构成的程序代码段： ADD R1，R2，R4 ADD R2，R1，1 SUB R1，R4，R5 请回答：

(1) 分析代码段中的存在的数据相关；

(2) 采用何种硬件技术可以解决这些数据相关？要求加以说明。 答：

I1 ADD R1，R2，R4 I2 ADD R2，R1，1 I3 SUB R1，R4，R5

真数据相关RAW：I1与I2（R1） 先写后读 名相关WAW：I1与I3（R1） 先写后写 反相关WAR：I1与I2（R2）；I2与I3（R1） 先读后写 解决方法：

（1）I1与I2关于R1的RAW相关，可以用定向技术解决。 （2）I1与I3关于R1的WAW相关，I1与I2（R2）；I2与I3（R1）的WAR，可以用寄存器换名技术解决。将R2，

R1换名为R2′，R1′. 解决结果：

I1 ADD R1，R2，R4 I2 ADD R2′，R1，1 I3 SUB R1′，R4，R5

第五章

1. 存储器层次结构的概念；采用存储器层次结构的目的；程序局部性在存储器层次结构中的应用。

2. 设置Cache—主存层次、主存—辅存层次的目的；Cache—主存层次、主存—辅存层次实现手段的不同之处。