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Δt，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1~6表示；再做3個(gè)括號(hào)內(nèi)的3次加法，用7~9表示；最后做括號(hào)外的2次加法，用10~11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)9Δt才能完成一個(gè)任務(wù)，各段執(zhí)行時(shí)間均為Δt，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=1/3.5ΔtE=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←V1×SV3←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，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=374Δt=187×10–8s2、MFLOPS=2*64/（187*10–8s*106）=683、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=64×12Δt=768ΔtT2=64×7Δt=448ΔtT3=64×12Δt=768ΔtT4=64×6Δt=384ΔtT5=64×12Δt=768Δt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=3136Δt=3136×5×10–9s=1568×10–8s加速比為:Sp=1568×10–8/187×10–8=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Δt，一個(gè)數(shù)據(jù)打入寄存器需要時(shí)間Δt，從存儲(chǔ)器讀/寫一個(gè)數(shù)據(jù)需要時(shí)間6Δt，完成一對(duì)數(shù)據(jù)的加運(yùn)算需要時(shí)間6Δt，完成一對(duì)數(shù)據(jù)的乘運(yùn)算需要時(shí)間7Δt。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=40Δt2、1,2,3并行，然后第4條串行1+6+1+32-1+1+7+1+32-1=79Δt3、1,2并行，然后與3,4鏈接1+6+1+1+7+1+1+6+1+3