标准流水线测测试试题

★★
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
A. 2.4
B. 2.46
C. 2.67
D. 2.75
答案：B
★★
16.一条4个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算 ，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. 流水线设备
B. 上海流水线
C. 无锡流水线
D. 杭州流水线
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“取指令”和“分析”可重叠并假设n足够大）：
A.
B.
C.
D.
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为（假设仅有“取指令”和“执行”可重叠并假设n足够大）：
超标量处理机一般具有多于一条的流水线，一台m度的超标量处理机可同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1个时钟，指令的并行度为m。
超流水线处理机一般具有一条k段的超流水线，一台n度的超流水处理机可以同时发射一条指令，指令的发射等待时间为1/n个时钟周期，每个时钟周期共发射n条指令。指令的并行度为n。
超标量超流水处理机一般具有多于1条的超流水线，一台 度的超标量超流水处理机可以同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1/n个时钟周期，每个时钟周期共发射mn条指令，指令的并行度为mn。
A.
B.
C.
D.
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个任务，求该流水线实际吞吐率为：
A.
B.
C.
D.
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.
B.
C.
D.
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）
可以采取设置专用数据通路、延迟执行等方法来解决数据相关。
(2)控制相关
控制相关指由条件分支指令、转子程序指令、中断等引起的相关。
可以采取静态分支预测技术、动态分支预测技术、提前形成条件码等来解决控制相关。
★★
1．一条流水线连接图如下所示，画出100条指令连续通过该流水线的时空图，并计算该流水线的吞吐率和最大吞吐率。（其中 ）
动态流水线：在同一时间内，多功能流水线的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。其中流水线中各个功能部件不能发生冲突。
★★
10.程序中有哪两类相关，分别可以采取什么方法来解决？
答：
程序中可能出现下两类相关
(1)数据相关
数据相关指在执行本条指令的过程中，如果用到的指令、操作数、变址偏移量等是前面指令的执行结果，则必须等待前面的指令执行完成，并把结果写到主存或通用寄存器中之后，本条指令才能开始执行。
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。
★★★
4．用1条5个功能段的浮点加法器流水线计算 。每个功能段的延时均相等，流水线的输出端与输入端之间有直接的数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。要求用尽可能短的时间完成计算工作，画出流水线时空图，计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率
解：
假设每个功能段的延迟时间为 ，则
上式中加法右下侧的座标表示这是第几个加法
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)
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
D.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
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）
（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)
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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。
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
★★★
6.试写出延迟转移的3种调度策略，并对其进行评价
答：
(1)从前调动（将转移指令前的那条指令调度到延迟槽）
转移指令必须不与被调度的指令相关，总是可以有效提高流水线的性能
(2)从目标处调度）（将转移目标处的那条指令调度到延迟槽）
若分支转移失败，必须保证被调度的指令对程序的执行没有影响，可能需要复制调度指令。分支转移成功时，可提高流水线性能。但由于复制指令，可能加大程序空间
C. mnl, mn(l-1)
D. mnl, mnl
答案：B（乘法，加法的次数不变）
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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<b
D.不能确定（和指令数有关）
答案：A
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24.一条4个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算 ，最少需要经过多少时间，假设运算的结果必须先写入到缓冲存储器才能供输入端使用。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。
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、III
D.以上都不对
答案：C
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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，第n个任务结束于：
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
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7.看下述程序段：
k：
R5=R2
k+1：
R0=R1×R4
k+2：
R2=R5＋1
时空图略
吞吐率为：
加速比为：
效率为：
E=45/(20*5)=45%
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5．设有一个15000条指令的程序在一台时钟频率为25MHz的线性处理机上执行。假设该指令流水线有5段，并且每个时钟周期发射一条指令。忽略由于转移指令和无序执行造成的损失。
(3)从失败处调度（将转移不发生时该执行的那条指令调度到延迟槽）
若分支转移成功，必须保证被调度的指令对程序的执行无影响。分支转移失败时，可提高流水线性能
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7.简述单流水线标量处理机、超标量处理机、超流水线处理机、超标量超流水线处理机的特点
答：
具有标量数据表示和标量指令系统的处理机称为标量处理机，通常只有一条流水线，一个时钟周期内可以完成一条指令。
A.
B.
C.
D.
答案B
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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）：