计算机系统结构第五章课后习题答案——武汉大学出版社

计算机系统结构第5章作业解答

第2题

解：

（1）顺序执行需要的时间如下：

（2）取指令和执行重叠，即一次重叠执行方式，我们假设第n+1条指令的取指令和第n 条指令的执行同时结束，那么所需要的时间为：

（3）取指令、分析和执行重叠

(4)先行控制方式

第4题 解：

（1） K 与K+1之间存在寄存器R1先写后读相关（RAW ）；

K+1与K+2之间存在寄存器R0写与写相关（W AW ）； K 与K+1之间存在寄存器R0先读后写相关（WAR ）。

（2） 前二种相关会引起流水线的停顿。

（3） 流水线完成这三条指令的时空图如下。共用了9个时钟周期。

t

6n n t)3t 2t (∆=⨯∆+∆+∆=T t

t n n t t t T ∆+∆=⨯∆+∆+∆=5)32(t

t n t n t t t T ∆+∆=∆-+∆+∆+∆=53)1(3)32(t

n t t T ∆+∆=+=∑=33t n

1

i i 1执行分析

第6题

[分析]为了减少运算过程中的操作数相关，A*B*C*D应改为采用((A*B)*(C*D)) 的算法步骤进行运算。

[解答]按图(A)组织，实现A*B*C*D的时空关系如下图(A)所示。

图(A)

吞吐率TP=3/(13⊿t)

效率E=(3×5⊿t)/(3×13⊿t)=5/13

图（B）

流水线按图(B)组织时，实现A*B*C*D的时空关系如图(B)

吞吐率TP=3/(11⊿t)

效率E =(3×5⊿t)/(5×11⊿t)=3/11

第8题 解：（1）流水线时空图如下：

%

8.21266)8263(265≈⨯⨯+⨯==

τ

ττE TP 31.126)8263(≈⨯+⨯=

τ

τ

p S

第11题

解：禁止表F={1，3，4，8}；原始冲突向量C=（10001101）；状态转移图如下：

（注：可以不全部列出所有调度方案，但平均延时最小的调度方案必须写出）

最佳调度方案（2，5）下的最小平均延时为3.5拍。最大吞吐率为：TPmax=1/[3.5（拍）]。

当按（2，5）方案输入8个任务时的实际吞吐率为：

拍

拍328

)3542(98=

⨯+⨯+=

TP 第13题 解：

（1） A 机的CPI 为4（时钟周期为1/25=40ns,4CPI=160ns ），B 机的CPI 为1(时钟周期为

1/20=50ns)

B 机对A 机的加速比S=160/50=3.2

（2） A 机的MIPS ＝25/4=6.25 B 机的MIPS ＝20/1=20

第17题 解：

（1） 三条指令可并行执行。T=1+7+1+64-1=72(拍)。

（2） 前二条指令可并行执行，第三条指令只能串行执行。因为前二条指令的执行时间不

等。T=（1+7+1+63）+（1+6+1+63）=143（拍）。

如果能控制第一条指令较第二条指令提前一拍启动，则可以实现与第三条指令间的链接，这时的执行时间为：T=（1+7+1+1+6+1）+63=80（拍）。

（3） 4条指令的串行执行时间为：T=（8+63）+（9+63）+（8+63）+（8+63）=285（拍）。

如果能够控制存储器中的第一个分量元素到达V0直至乘法部件的时间，与V1中的第一个分量元素到达乘法部件的时间相等，则前二条指令间可以链接。这样，执行时间为：T=（8+9+63）+142=222（拍）。第三条指令与第二条指令存在着先写后读相关，第四条指令与第三条指令也存在着先写后读相关，但它们都可链接执行。这四条指令总执行时间为：T=(8+9+8+8)+63=96（拍）。

（4）条件同（3），4条指令实现链接的时间为：T=（8+16+9+8）+63=104（拍）。