系统结构流水线向量作业答案

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1、4、1一条线性静态多功能流水线由6个功能段组成，加法操作使用其中的1、2、3、6功能段，乘法操作使用其中的1、4、5、6功能段，每个功能段的执行时间均为Δt，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路，且设置有足够的缓冲寄存器。试用尽可能短的时间计算画出流水线时空图，并计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。解：为了避免流水线的“先写后读”相关，使流水线完成计算的时间尽可能短，采用下述算法计算F：(a1×b1+a2×b2)+(a3×b3+a4×b4)+(a5×b5+a6×b6)按先乘后加、先括号内后括号外的优先次序，上述计算F的过程需要先做6次乘法

2、，用1~6表示；再做3个括号内的3次加法，用7~9表示；最后做括号外的2次加法，用10~11表示。流水线时空图如下:4、2在一个5段的流水线处理机上需经9Δt才能完成一个任务，各段执行时间均为Δt，任务处理过程对各段使用时间的预约表如下表所示。（1）画出流水线的状态有向图，并由状态图得出流水线的最优调度策略和最大吞吐率。（2）按最优调度策略输入6个任务，求流水线的实际吞吐率、加速比和效率解：1、禁止表F=(8,4,3,1)，由禁止表可得出初始冲突向量：C0=(10001101)，然后运算状态有向图：最优调度策略是(2,5)，流水线的最大吞吐率就

3、是最优调度策略的最大吞吐率，有TPmax=1/3.5ΔtE=6*11/5*125=0.5284、3设有一台时钟频率为f=200MHz的向量流水处理机，其中，向量加流水处理部件完成一次加运算需要6个时钟周期，向量乘流水处理部件完成一次乘运算需要7个时钟周期，访存流水处理部件对存储器读/写一个数据需要12个时钟周期，所有流水处理部件对向量元素的处理需要1个时钟周期。V为向量寄存器，S为标量寄存器，向量长度为n。处理机执行下述向量指令序列：V1←存储器V2←V1×SV3←存储器V4←V2+V3存储器←V4（1）处理机顺序执行各向量指令且不链接，若n=

4、64，计算处理机的执行时间。（2）若向量元素都是浮点数，计算处理机执行该指令序列的MFLOPS速率。（3）若指令序列在标量处理机上以顺序方式执行，忽略向量横向处理的循环控制等时间开销，计算标量处理机的执行时间，并计算向量流水处理机相对标量处理机的加速比。解：1、顺序执行T=1+12+1+64-1+1+7+1+64-1+1+12+1+64-1+1+6+1+64-1+1+12+1+64-1=374Δt=187×10–8s2、MFLOPS=2*64/（187*10–8s*106）=683、5条向量指令在标量处理机上以顺序方式处理，各自需要的处理时间分

5、别为：T1=64×12Δt=768ΔtT2=64×7Δt=448ΔtT3=64×12Δt=768ΔtT4=64×6Δt=384ΔtT5=64×12Δt=768Δt标量处理机顺序执行所需要的时间为：T=T1+T2+T3+T4+T5=3136Δt=3136×5×10–9s=1568×10–8s加速比为:Sp=1568×10–8/187×10–8=8.394、4设向量流水处理机向量长度均为32，S为标量寄存器，V为向量寄存器。设启动功能部件（包括存储器）需要时间Δt，一个数据打入寄存器需要时间Δt，从存储器读/写一个数据需要时间6Δt，完成一对数据的

6、加运算需要时间6Δt，完成一对数据的乘运算需要时间7Δt。问下列各指令组中，哪些指令可以同时并行？哪些指令可以链接？分别计算各指令组的执行时间。解：1、全并行1+7+1+32-1=40Δt2、1,2,3并行，然后第4条串行1+6+1+32-1+1+7+1+32-1=79Δt3、1,2并行，然后与3,4链接1+6+1+1+7+1+1+6+1+32-1=56Δt4、1,2链接，然后3,然后4串行1+6+1+1+6+1+32-1+1+7+1+32-1+1+7+1+32-1=127Δt