计算机系统结构__《张晨曦、王志英》课后习题参考答案

流水线。

顺序流水线:流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。

乱序流水线:流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同,允许后进入流水线的任务先完成。这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。

吞吐率:在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

流水线的加速比:使用顺序处理方式处理一批任务所用的时间与按流水处理方式处理同一批任务所用的时间之比。

流水线的效率:即流水线设备的利用率,它是指流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值。

数据相关:考虑两条指令i和j,i在j的前面,如果下述条件之一成立,则称指令j与指令i数据相关:

(1)指令j使用指令i产生的结果;

(2)指令j与指令k数据相关,而指令k又与指令i数据相关。

名相关:如果两条指令使用了相同的名,但是它们之间并没有数据流动,则称这两条指令存在名相关。

控制相关:是指由分支指令引起的相关。它需要根据分支指令的执行结果来确定后面该执行哪个分支上的指令。

反相关:考虑两条指令i和j,i在j的前面,如果指令j所写的名与指令i所读的名相同,则称指令i和j发生了反相关。

输出相关:考虑两条指令i和j,i在j的前面,如果指令j和指令i所写的名相同,则称指令i和j发生了输出相关。

换名技术:名相关的两条指令之间并没有数据的传送,只是使用了相同的名。可以把其中一条指令所使用的名换成别的,以此来消除名相关。

结构冲突:因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。

数据冲突:当指令在流水线中重叠执行时,因需要用到前面指

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令的执行结果而发生的冲突。

控制冲突:流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。

定向:用来解决写后读冲突的。在发生写后读相关的情况下,在计算结果尚未出来之前,后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方,那么就可以避免停顿。

写后读冲突:考虑两条指令i和j,且i在j之前进入流水线,指令j用到指令i的计算结果,而且在i将结果写入寄存器之前就去读该寄存器,因而得到的是旧值。

读后写冲突:考虑两条指令i和j,且i在j之前进入流水线,指令j的目的寄存器和指令i的源操作数寄存器相同,而且j在i读取该寄存器之前就先对它进行了写操作,导致i读到的值是错误的。

写后写冲突:考虑两条指令i和j,且i在j之前进入流水线,,指令j和指令i的结果单元(寄存器或存储器单元)相同,而且j在i写入之前就先对该单元进行了写入操作,从而导致写入顺序错误。这时在结果单元中留下的是i写入的值,而不是j写入的。

链接技术:具有先写后读相关的两条指令,在不出现功能部件冲突和Vi冲突的情况下,可以把功能部件链接起来进行流水处理,以达到加快执行的目的。

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分段开采:当向量的长度大于向量寄存器的长度时,必须把长向量分成长度固定的段,然后循环分段处理,每一次循环只处理一个向量段。

半性能向量长度:向量处理机的性能为其最大性能R的一半时

?

所需的向量长度。

向量长度临界值:向量流水方式的处理速度优于标量串行方式的处理速度时所需的向量长度的最小值。

3.2 指令的执行可采用顺序执行、重叠执行和流水线三种方式,它们的主要区别是什么?各有何优缺点。

答:(1)指令的顺序执行是指指令与指令之间顺序串行。即上一条指令全部执行完后,才能开始执行下一条指令。

优点:控制简单,节省设备。缺点:执行指令的速度慢,功能部件的利用率低。

(2)指令的重叠指

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