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第5章 课后习题 2．假设一条指令的执行过程分为取指令、分析和执行三段，每一段的时间分别为Dt、2Dt和3Dt。在下列各种情况下，分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。(1) 顺序执行方式。(2) 仅取指令和执行重叠。(3) 取指令、分析和执行重叠。 3．用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算F＝。每个功能段的延迟时间均相等，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路，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，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。 4． 设有一个15000条指令的程序在一台时钟速率为25MHz的线性流水线处理机上执行。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。 (1) 用该流水线执行这一程序，并用流过延迟与其相等的一个等效非流水线处理机执行同一程序，将两者加以比较，并计算其加速比。(2) 该流水线处理机的效率是多少？(3) 计算该流水线的吞吐率。 5． 设有5段流水线处理机的预约表如下：(1) 列出禁止等待时间和冲突向量集。(2) 画出状态转换图，说明不引起流水线冲突的所有可能的启动序列（循环）。(3) 根据状态图列出所有简单循环。(4) 从简单循环中找出迫切循环。(5) 此流水线的最小平均等待时间(MAL)是多少？(6) 使用此流水线时，列出可允许的最小恒定循环。(7) 该流水线的最大吞吐率是多少？(8) 如果使用最小恒定循环，则吞吐率是多少？ ? 1 2 3 4 5 6 S1 X ? ? ? ? X S2 ? X ? ? X ? S3 ? ? X ? ? ? S4 ? ? ? X ? ? S5 ? X ? ? ? X 6． 下列汇编代码在一台3段流水线处理机上执行，每一段都有冒险(相关)检测和分解。这三段是取指令、取操作数（根据要求取一个或者多个）和执行（包括写回操作）。试说明在代码执行中所有可能的相关情况。Inc 　R0　　　/R0←(R0)+1/Mul 　ACC,R0　/ACC←(ACC)×(R0)/Store R1,ACC　/R1←(ACC)/Add 　ACC,R0　/ACC←(ACC)+(R0)/Store M,ACC 　/M←(ACC)/ 7． 设有4段流水线处理机如下，此流水线的总求值时间为6个时钟周期，所有相继段必须在每个时钟周期之后才能使用。 (1) 列出这一流水线的4行六列预约表。(2) 列出任务启动之间的禁止等待时间集。(3) 画出表示所有可能的等待时间循环的状态图。(4) 根据状态图列出所有的迫切（最小启动）循环。(5) 最小平均等待时间值是多少？ 8． 三条功能流水线f1，f2和f3可用下面的预约表来描述： 用这三条流水线还可形成一个组合流水线网络如下： 通过此组合流水线的每个任务按以下的次序使用流水线：第一是f1，其次是f2和f3，再是f1，然后得到输出。双多路转换器从（A,B）或（X,Y）中选择一对输入，并把他们输入给f1。组合流水线的使用也是用组合的预约表来描述的。(1) 为此组合流水线填充下列预约表： ? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 S1 X ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? S2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? X ? ? S3 ? ? ? X ? ? ? ? ? ? ? ? T1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? T2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? T3 ? ? ? ? ? ? X ? ? ? ? ? U1 ? ? ? ? X ? ? ? ? ? ? ? U2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? U3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2) 写出禁止启动循环和初始冲突向量。(3) 画出能清楚表示所有等待时间循环的状态图。(4) 列出所有简单循环和迫切（最小启动）循环。(5) 计算此组合流水线的MAL和最大吞吐率。 9． 假设一个四段流水线（其时钟周期τ=20ns）的预约表如下： ? 1 2 3 4 5 6 S1 X ? ? ? ? X S2 ? X ? X ? ? S3 ? ? X ? ? ? S4 ? ? ? X X ? (1) 哪些是禁止等待时间和初始冲突向量？(2) 画出调度该流水线的状态变换图。(3) 确定与最佳迫切循环相关联的MAL。(4) 确定与MAL和给定的τ相对应的流水线吞吐率。(5) 确定该流水线的MAL下限。从上面的状态图你得到最佳等待时间了吗？如果允许你在上面的流水线中插入一个非计算延迟段，使最短迫切循环中的等待时间为1，其目的是要产生一张新的预约表，以获得下限最佳等待时间。(6) 画出5行