系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流水線向量作業(yè)答案.doc

4、1 一條線性靜態(tài)多功能流水線由6 個(gè)功能段組成，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，每個(gè)功能段的執(zhí)行時(shí)間均為t，流水線的輸出端與輸入端之間有直接數(shù)據(jù)通路，且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器。試用盡可能短的時(shí)間計(jì)算畫(huà)出流水線時(shí)空?qǐng)D，并計(jì)算流水線的實(shí)際吞吐率、加速比和效率。解：為了避免流水線的“先寫(xiě)后讀”相關(guān)，使流水線完成計(jì)算的時(shí)間盡可能短，采用下述算法計(jì)算F：(a1 b1 + a2 b2 ) + (a3 b3 + a4 b4 ) + (a5 b5 + a6 b6 )按先乘后加、先括號(hào)內(nèi)后括號(hào)外的優(yōu)先次序，上述計(jì)算F 的過(guò)程需要先做6 次乘法，用16 表示；再做3 個(gè)括號(hào)內(nèi)的3 次加法，用79 表示；最后做括號(hào)外的2 次加法，用1011表示。流水線時(shí)空?qǐng)D如下:4、2 在一個(gè)5 段的流水線處理機(jī)上需經(jīng)9t 才能完成一個(gè)任務(wù)，各段執(zhí)行時(shí)間均為t，任務(wù)處理過(guò)程對(duì)各段使用時(shí)間的預(yù)約表如下表所示。（1）畫(huà)出流水線的狀態(tài)有向圖，并由狀態(tài)圖得出流水線的最優(yōu)調(diào)度策略和最大吞吐率。（2）按最優(yōu)調(diào)度策略輸入6 個(gè)任務(wù)，求流水線的實(shí)際吞吐率、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沖突向量：C0= (10001101)，然后運(yùn)算狀態(tài)有向圖：最優(yōu)調(diào)度策略是(2, 5)，流水線的最大吞吐率就是最優(yōu)調(diào)度策略的最大吞吐率，有TPmax=1/3.5tE=6*11/5*125=0.5284、3設(shè)有一臺(tái)時(shí)鐘頻率為f =200MHz 的向量流水處理機(jī)，其中，向量加流水處理部件完成一次加運(yùn)算需要6 個(gè)時(shí)鐘周期，向量乘流水處理部件完成一次乘運(yùn)算需要7個(gè)時(shí)鐘周期，訪存流水處理部件對(duì)存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)需要12 個(gè)時(shí)鐘周期，所有流水處理部件對(duì)向量元素的處理需要1 個(gè)時(shí)鐘周期。V 為向量寄存器，S 為標(biāo)量寄存器，向量長(zhǎng)度為n。處理機(jī)執(zhí)行下述向量指令序列： V1 存儲(chǔ)器 V2 V1S V3 存儲(chǔ)器 V4 V2+V3 存儲(chǔ)器V4（1）處理機(jī)順序執(zhí)行各向量指令且不鏈接，若n=64，計(jì)算處理機(jī)的執(zhí)行時(shí)間。（2）若向量元素都是浮點(diǎn)數(shù)，計(jì)算處理機(jī)執(zhí)行該指令序列的MFLOPS 速率。（3）若指令序列在標(biāo)量處理機(jī)上以順序方式執(zhí)行，忽略向量橫向處理的循環(huán)控制等時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，計(jì)算標(biāo)量處理機(jī)的執(zhí)行時(shí)間，并計(jì)算向量流水處理機(jī)相對(duì)標(biāo)量處理機(jī)的加速比。解：1、順序執(zhí)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 =374t=187108 s 2、MFLOPS=2*64/（187*108 s*106 ） = 68 3、5 條向量指令在標(biāo)量處理機(jī)上以順序方式處理，各自需要的處理時(shí)間分別為：T1 = 6412t = 768tT2 = 647t = 448tT3 = 64 12t = 768tT4 = 64 6t = 384tT5 = 64 12t = 768t標(biāo)量處理機(jī)順序執(zhí)行所需要的時(shí)間為：T=T1+T2+T3+T4+T5=3136t=31365109 s=1568108 s 加速比為:Sp=1568108 /187108 =8.394、4 設(shè)向量流水處理機(jī)向量長(zhǎng)度均為32，S 為標(biāo)量寄存器，V 為向量寄存器。設(shè)啟動(dòng)功能部件（包括存儲(chǔ)器）需要時(shí)間t，一個(gè)數(shù)據(jù)打入寄存器需要時(shí)間t，從存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)需要時(shí)間6t，完成一對(duì)數(shù)據(jù)的加運(yùn)算需要時(shí)間6t，完成一對(duì)數(shù)據(jù)的乘運(yùn)算需要時(shí)間7t。問(wèn)下列各指令組中，哪些指令可以同時(shí)并行？哪些指令可以鏈接？分別計(jì)算各指令組的執(zhí)行時(shí)間。解：1、全并行 1+7+1+32-1=40t2、1,2,3并行，然后第4條串行 1+6+1+32-1+1+7+1+32-1=79t3、1,2并行，然后與3,4鏈接 1+6+