典型习题和题例分析与解答
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5．3 典型习题和题例分析与解答
题5．1 假设指令的解释分取指、分析和执行3步，每步的时间相应地为
t
取指、t
分析、
t
执行，
(1)分别计算下列几种情况下，执行完100条指令所需时间的一般关系式；
i.顺序方式；
ii.仅“执行x”与“取指x剩”重叠，
iii.仅“执行x”、“分析r+：”，“取指。+：”重叠．
(2)分别在t
取指＝
t
分析＝2，
t
执行＝l及
t
取指＝
t
执行＝5，
t
分析 =2
两种情况下，计算出上述各结果。
[分析] 可先按指令间所要求的时间关系画出指令间的时间重叠关系图，由图就可以列出各种情况下，计算100条指令所需时间的一般关系式。再将给出的时间值代入，实际完成100条指令所需的时间就可以求得。
*
顺序方式工作的时间关系如图5．1所示。
取指k分析k执行k取指k+1分析k+1执行k+1取指k+2分析k+2执行k+2
图顺序方式工作的时间关系图
仅“执行k”与“取指k+1”、重叠方式工作的时间关系如图5．2所示．
取指k分析k执行k
取指k+1分析k+1执行k+1
'
取指k+2分析k+2执行k+2
图5．2 仅“执行k”，与“取指k+1”重叠方式工作的时间关系图
仅“执行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重叠方式工作的时间关系如图5．3所示．取指k分析k执行k
取指k+1分析k+1执行k+1
^
取指k+2分析k+2执行k+2
图5．3 仅“执行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重叠方式工作的时间关系图
[解答] (1)计算执行完100条指令所需要的时间：
(i)顺序方式工作时为
100(t t t
⨯++
取指分析执行
）
(ii)仅“执行k”，与“取指k+1”重叠方式工作时为
—
{}
10099max
t t t t t
++⨯+
取指分析取指执行执行
，
(iii)仅“执行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重叠方式工作时为
{}{}{} max98max max,
t t t t t t t t t ++⨯++
取指分析取指取指分析执行执行分析执行，，，
(2)当t
取指＝
t
分析＝2、
t
执行＝l时，代入上面的各式，可求得100条指
令执行所需要的时间是：
顺序方式工作时为500。
仅“执行k”，与“取指k+1”重叠方式工作时为401。
仅“执行k ”、“分析k+1”、“取指k+2”重叠方式工作时为203。
【
当 t 取指＝t 执行＝5，t
分析 =2，代入上面的各式，可求得100条指令执行
所需要的时间是：
顺序方式工作时为1200。 仅“执行k
”，与“取指k+1”重叠方式工作时为705。
仅“执行k ”、“分析k+1
”、“取指k+2”重叠方式工作时为510。
题5．2 流水线由4个功能部件组成，每个功能部件的延迟时间为△t 。当输
。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ① ②
图5．4 题5. 2的流水时空图
所以，按周期性工作时的流水线平均吞吐宰为： 《 105
147p T t t
=
=∆∆
题5．3 有一个浮点乘流水线如图5．5(a)所示，其乘积可直接返回输入端
或暂存于相应缓冲寄存器中，画出实现A*B*C*D 的时空图以及精入端的变化，并求出该流水线的吞吐率和效率；当流水线改为图5．5(b)形式实现同一计算时，求该流水线的效率及吞吐率。
[分析] 为了减少运算过程中的操作数相关，A*B*C*D 应改为采用((A*B) * (C*D))的算法步骤进行运算。
[解答] 按图5．5(a)组织．实现A*B*C ，D 的时空关系如图5．6所示。
-
吞吐率 3
13p T t =∆
效率 355
31313
t t η⨯∆==⨯∆
流水按图（b ）组织时，实现A*B*C*D 的时空关系如图所示。
吞吐率 3
11p T t =∆
效率 355
31111
t t η⨯∆==⨯∆
题5．4 一个4段的双输入端规格化浮点加法流水线，每段经过时间10ns ，输出可直接返回输入或将结果暂存于相应缓冲器中，问最少需经多少时间能求出
10
∑i
i=1
A
，并画出时空图。
[分析] 为了避免流水线的先写后读相关，使流水线性能尽可能高，需将10
∑i i=1
A
调整成
$
((((1A +2A )+(3A 十4A ))十(j t 9A +10A ))+((5A +6A )+(7A +8A ))) 的算法步骤来进行。
[解答] 按((((1A +2A )+(3A 十4A ))十(8A 9A +10A ))+((5A +6A )+(7A +8A ))) 流水的时空图如图5．8所示．
由图5．8之时空图可知，求10
∑i i=1A 所需要的最少时间为170ns 。
题 为提高流水线的效率可用哪两种主要途径来克服速度瓶颈现有3段流水线各段经过的时间依次为△t 、3△t 、△t 。 |
(1)分别计算在连续输入3条指令时和30条指令时的吞吐率和效率。