张晨曦全套配套课件计算机系统结构第3章.doc

《张晨曦全套配套课件计算机系统结构第3章.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章流水线技术1.流水技术有哪些特点？（1）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”。（2）每个子过程由专用的功能段实现。（3）各个功能段所需时间应尽量相等。（4）流水线需要有“通过时间”，在此之后流水过程才进入稳定工作状态，每一个时钟周期(拍)流出一个结果。（5）流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。2.按照流水线所完成的功能来分，流水线可分为哪两类？（1）单功能流水线：只能完成一种固定功能的流水线。（2）多功能流水线：流水线的各段可以进行不同的连接，从而使流水线在不同的时间，或者在同一时间完成不

2、同的功能。3.按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两类？（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。（2）动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。4.按照流水的级别来分，流水线可分为哪三类？（1）部件级流水线（运算操作流水线）：把处理机的算术逻辑部件分段，以便为各种数据类型进行流水操作。（2）处理机级流水线（指令流水线）：把解释指令的过程按照流水方式处理。（3）处理机间流水线（宏流水线）：由两个以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。5.按照数据表示来分，流水线可分为

3、哪两类？（1）标量流水处理机：处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。（2）向量流水处理机：处理机具有向量数据表示，并通过向量指令对向量的各元素进行处理。6.按照流水线中是否有反馈回路来分，流水线可分为哪两类？（1）线性流水线：流水线的各段串行连接，没有反馈回路。（2）非线性流水线：流水线中除有串行连接的通路外，还有反馈回路。7.在5段流水线中，一条指令的执行需要几个时钟周期？它们分别是什么？一条指令的执行需要5个时钟周期。它们分别是：取指令周期（IF）、指令译码/读寄存器周期（ID）、执行/有效地址计算周期（EX）、存储器/分支完成周期（MEM）、写回周期（WB）。

4、8.流水线寄存器的作用是什么？把数据和控制信息从一个流水段传送到下一个流水段。9.消除流水线的瓶颈段有哪些方法？(1)细分瓶颈段；(2)重复设置瓶颈段。10.评价流水线的性能指标是什么？(1)吞吐率：指在单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。(2)流水线的加速比：指m段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。(3)效率：指流水线的设备利用率。11.什么叫相关？流水线中有哪几种相关？相关是指两条指令之间存在某种依赖关系。确定程序中指令之间存在什么样的相关，对于充分发挥流水线的效率有重要的意义。相关有3种类型，分别是数据相关（也称真数据相关）、名相关、控制相关。12.什么

5、叫名相关？名相关有哪两种？如果两条指令使用相同的名，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。指令j与指令i之间的名相关有以下两种：（1）反相关。如果指令j写的名与指令i读的名相同，则称指令i和j发生了反相关。反相关指令之间的执行顺序是必须严格遵守的，以保证i读的值是正确的。（2）输出相关。如果指令j和指令i写相同的名，则称指令i和j发生了输出相关。输出相关指令的执行顺序是不能颠倒的，以保证最后的结果是指令j写进去的。13.流水线冲突有哪几种？流水线冲突有以下3种类型：（1）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。（2）数据冲突：当指令在流水线中重

6、叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。（3）控制冲突：流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令所引起的冲突。14.解决流水线结构冲突的方法有哪些？（1）流水化功能单元；（2）资源重复；（3）暂停流水线。15.为什么流水线设计者有时会允许结构冲突的存在？主要有两个原因：一是为了减少硬件开销，二是为了减少功能单元的延迟。16.定向技术的主要思想是什么？在发生数据冲突时，后面的指令并不是立即就要用到前一条指令的计算结果。如果能够将计算结果从其产生的地方直接送到需要它的地方，就可以避免暂停。当定向硬件检测到前面某条指令的结果寄存器就是当前指令的源寄存器时，控制逻辑会将前面

7、那条指令的结果直接从其产生的地方定向到当前指令所需的位置。17.流水线中所有数据冲突都可以通过定向技术消除，而不需要暂停吗？试举例说明。流水线中有需要暂停的数据冲突。例如，在下列指令序列中，需要在LW指令之后插入一个暂停周期，然后再用定向技术消除相关。LDR1，0（R2）DADDR4，R1，R5ANDR6，R1，R7XORR8，R1，R918．根据指令对寄存器的读写顺序，可将数据冲突分为哪三种类型？（1）写后读冲突（2）写后写冲突（3）读后写冲突19．解决流水线数据冲突的方法有哪