定分支是失败时，说明预测正确，流水线正常流动；当确定分支是成功时，流水线就把在分支指令之后取出的指令转化为空操作，并按分支目标地址重新取指令执行。

（2）预测分支成功：当流水线ID段检测到分支指令后，一旦计算出了分支目标地址，就开始从该目标地址取指令执行。

（3）延迟分支：主要思想是从逻辑上“延长”分支指令的执行时间。把延迟分支看成是由原来的分支指令和若干个延迟槽构成。不管分支是否成功，都要按顺序执行延迟槽中的指令。

3种方法的共同特点：它们对分支的处理方法在程序的执行过程中始终是不变的。它们要么总是预测分支成功，要么总是预测分支失败。

3.8 简述延迟分支方法中的三种调度策略的优缺点。 调度策略 从前调度 从目标处调度 对调度的要求 分支必须不依赖于被调度的指令 对流水线性能改善的影响 总是可以有效提高流水线性能 如果分支转移失败，必须保证被调度的指令对程分支转移成功时，可以提高流水线性能。序的执行没有影响，可能需要复制被调度指令 但由于复制指令，可能加大程序空间 如果分支转移成功，必须保证被调度的指令对程分支转移失败时，可以提高流水线性能 序的执行没有影响 从失败处调度

3.9列举出下面循环中的所有相关，包括输出相关、反相关、真相关。 for (i=2; i<100; i=i+1) a[i]=b[i]+a[i] ;/* s1 */ c[i+1]=a[i]+d[i] ; /* s2 */ a[i-1]=2*b[i] ; /* s3 */

b[i+1]=2*b[i] ;/* s4 */

解：展开循环两次：

a[i] = b[i] + a[i] ; /* s1 */ c[i+1] = a[i] + d[i] ; /* s2 */ a[i-1] = 2 * b[i] ; /* s3 */ b[i+1] = 2 * b[i] ; /* s4 */ a[i+1] = b[i+1] + a[i+1] ; /* s1’ */ c[i+2] = a[i+1] + d[i+1] ; /* s2 ‘*/ a[i] = 2 * b[i+1] ; /* s3 ‘*/ b[i+2] = 2 * b[i+1] ; /* s4 ‘*/ 输出相关：无 反相关：无 真相关：S1&S2

由于循环引入的相关：S4&S4’（真相关）、S1’&S4（真相关）、S3’&S4（真相关）、S1&S3’（输出相关、反相关）、S2&S3’（反相关）。

3.10 简述三种向量处理方式，它们对向量处理机的结构要求有何不同？

答 (1)横向处理方式：若向量长度为N，则水平处理方式相当于执行N次循环。若使用流水线，在每次循环中可能出现数据相关和功能转换，不适合对向量进行流水处理。 (2)纵向处理方式：将整个向量按相同的运算处理完毕之后，再去执行其他运算。适合对向量进行流水处理，向量运算指令的源/目向量都放在存储器内，使得流水线运算部件的输入、输出端直接与存储器相联，构成M-M型的运算流水线。 (3)纵横处理方式：把长度为N的向量分为若干组，每组长度为n，组内按纵向方式处理，依次处理各组，组数为「N/n」，适合流

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水处理。可设长度为n的向量寄存器，使每组向量运算的源/目向量都在向量寄存器中，流水线的运算部件输入、输出端与向量寄存器相联，构成R-R型运算流水线。

3.11 可采用哪些方法来提高向量处理机的性能？ 答：可采用多种方法：

（1） 设置多个功能部件，使它们并行工作； （2） 采用链接技术，加快一串向量指令的执行； （3） 采用循环开采技术，加快循环的处理； （4） 采用多处理机系统，进一步提高性能。 3.12 有一指令流水线如下所示

入 1 2 3 4 出 50ns 50ns 100ns 200ns

（1） 求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； （2） 该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你所给

出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？

解：（1）

Tpipeline???ti?(n?1)?tmaxi?1m?(50?50?100?200)?9?200 ?2200(ns)TP?nTpipeline?1(ns?1)

2204005??45.45% 4113?E?TP???ti?1mim?TP?（2）瓶颈在3、4段。

è?150ns250ns3_150ns3_250ns4_150ns4_450ns? 变成八级流水线（细分）

Tpipeline???ti?(n?1)?tmaxi?1m?50?8?9?50?850(ns)TP?nTpipelinem

?185(ns?1)

E?TP???tii?1m?TP?40010??58.82% 817word文档 可自由复制编辑

? 重复设置

4-1 3-1 1 2 3-2 段 4_4 4_3 4_2 4_1 3_2 3_1 2 2114324-2 4-3 4-4 768 109 8 57 6 3 4 1 109 5 时间 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 850ns TP?nTpipeline?185(ns?1)

E?400?10?10?58.82%

850?8173.13有一个流水线由4段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才能流

到第4段。如果每段经过一次所需要的时间都是?t，问：

（1） 当在流水线的输入端连续地每?t时间输入任务时，该流水线会发生什么情况？ （2） 此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2?t输入一个任务，连续处理10个任务

时的实际吞吐率和效率是多少？ （3） 当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个任务时，其

吞吐率提高多少？

解：（1）会发生流水线阻塞情况。

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第1个任务 第2个任务 第3个任务 第4个任务 S1 S2 S1 S3 S2 S1 S3 stall stall S4 S3 S2 S1 S3 stall stall S4 S3 S2 S3 stall S4 S3 S3 S4

（2）

段 4 2 6 7 3 4 5 8 9 10 3 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 2 5 1 2 3 4 6 7 8 9 10 时间 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 23 ? t 112?tTpipeline?23?tTPmax?Tp?nTpipeline?1023?t

?E?TP?5?t?50?54.35I2 段 4 3_2 3_1 2 1 12 1 12Δt 24 3 4 56 63_17 88 9 10 10 9 9 3_2 Δt Δt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 428 1 1 3 3 3 6 6 5 5 7 7 9 7 10 4 Δt 时间 2 4 5 8 10 Δt 14 ?t （3）重复设置部件

TP?nTpipeline?10?5

14??t7??t5107?t23?t吞吐率提高倍数＝＝1.64

3.14 有一条静态多功能流水线由5段组成，加法用1、43、4、5段，乘法用1、2、5段，第

(Ai?Bi)3段的时间为2△t，其余各段的时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或 i?1暂存于相应的流水寄存器中。现要在该流水线上计算 ，画出其时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。

? 1 △t 加法 2△t △t △t 2 △t 3 乘法 4 5 word文档 可自由复制编辑