第5章习题参考答案
15．用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。
证明：
设流水计算机具有k级流水线，每个操作周期的时间为?，执行n条指令的时间为：T??k?n?1???； 吞吐率为：H1?n
?k?n?1???而非流水计算机，执行n条指令的时间为：T?n?k??；
n吞吐率为：H2?
n?k??H1n?k??n?k?? ??H2k?n?1??k?n?1当n=1时，H1?H2；
当n>1时，H1?H2，即：流水计算机具有更高的吞吐率。
16．判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关?
(1) I1 LAD R1，A ； M(A)→R1，M(A)是存储器单元 I2 ADD R2，Rl ； (R2)+(R1)→R2 (2) I1 ADD R3，R4 ； (R3)+(R4)→R3 I2 MUL R4，R5 ； (R4)?(R5)→R4
(3) I1 LAD R6，B ； M(B)→R6，M(B)是存储器单元
I2 MUL R6，R7 ； (R6)? (R7)→R6 解：
(1) I1的运算结果应该先写入R1，然后再在I2中读取R1的内容作为操作数，所以是发生RAW (“写后读”)相关 (2) WAR
(3) RAW和WAW两种相关
17．参考图5.39所示的超标量流水线结构模型，现有如下6条指令序列： I1 LAD R1，B ； M(B)→R1，M(B)是存储器单元 I2 SUB R2，Rl ； (R2)-(R1)→R2 I3 MUL R3，R4 ； (R3)*(R4)→R3 I4 ADD R4，R5 ； (R4)+(R5)→R4
I5 LAD R6，A ； M(A)→R6，M(A)是存储器单元
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第5章习题参考答案
I6 ADD R6，R7 ； (R6)+(R7)→R6
请画出：(1)按序发射按序完成各段推进情况图。 (2)按序发射按序完成的流水线时空图。 解：
(1) 按序发射按序完成各段推进情况图如下(仍设F、D段要求成对输入；F、D、
W段只需1个周期；加需要2个周期；乘需要3个周期；存/取数需要1个周期；执行部件内部有定向传送，结果生成即可使用)：
取指段 I1 I3 I5
I2 I4 I6 译码段 I1 I3 I5 I2 I2 I4 I6 I6 I1 I5 取/存
执行段 I2 I2 I4 I4 I6 I6 加法器
写回段 I3 I3 I3 乘法器
I1 I3 I5 I2 I4 I6
(2) 按序发射按序完成的流水时空图如下：
I1 I2
1 F F I3 I4 2 D D F F 3 E I5 I6 4 W E D D F F 5 E E E D D 6 W E E E 7 E E 8 W E 9 W 10 W 11 W 时钟 超标量流水线的时空图
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