标准流水线检测测试试题

第五章标量处理机与流水线1选择题★1.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为t、t2和t3，顺序执行n条指令至少需要花费的时间为：A.tn32C.tn6装配流水线D.tn苏州流水线答案：C★★2.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间均为t，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有“取指令”和“执行”可重叠并假设n足够大）：A.tn3流水线设备B.tn2上海流水线C.tn23无锡流水线D.tn杭州流水线答案B★★3.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间均为t，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有“取指令”和“分析”可重叠并假设n足够大）：A.tn3B.tn2C.tn23D.tn答案B★★4.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的执行时间分别为t、t2和t3，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设仅有“取指令”和“执行”可重叠并假设n足够大）：A.tn6B.tn5C.tn3D.tn答案B★★5.假设一条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段分别只有一个部件可供使用并且执行时间分别为t、t2和t3，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为（假设“取指令”、“分析”和“执行”可重叠并假设n足够大）：A.tn6B.tn2C.tn3D.tn答案C★★6.看下述程序段：k：R0=R1×R4k+1：R6=R5＋1k+2：R2=R0×R3k+3：R3=R4-1k+4：R2=R5K+5：……下列哪个数据相关没有在上述程序段中发生A.先写后读相关B.写-写相关C.先读后写相关D.以上都不对答案：D★7.看下述程序段：k：R5=R2k+1：R0=R1×R4k+2：R2=R5＋1k+3：R4=R0×R3k+4：R3=R4-1K+5：……k和k+2之间发生的是什么数据相关I.先写后读相关II.写-写相关III.先读后写相关A.只有IB.只有I、IIC.只有I、IIID.以上都不对答案：C★8.一条流水线可分为k段，各段执行时间都是t，共向该流水线输入n个任务，第n个任务结束于：A.tnkB.tnkC.1nkD.tnk1答案：D★9.一条流水线的可分为k段，各段的执行时间都是t，共向该流水线输入n个任务，求该流水线实际吞吐率为：A.tknTPB.tnknTP1C.tTP1D.tnknTP)1(答案：D★10.一条流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率（假设n=100）A.MIPS1B.MIPS04.1C.MIPS9709.0D.MIPS9615.0答案：C★★11.一条4段的流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的实际吞吐率（假123……n-1n123……n-1n123……n-1n123……n-1n时间(μs)空间04123设n=100）A.MIPS1B.MIPS165.0C.MIPS167.0D.MIPS328.0答案：D★12.一条流水线可以由以下时空图来表示，求该流水线的加速比A.2B.3C.4D.6答案：C★13.一条4段流水线，每段执行时间为1ns，求该流水线执行100条指令最大效123n123……n……123n……123n……时间(μs)空间1234560123……n-1n123……n-1n123……n-1n123……n-1n时间空间04率为：A.100%B.96.2%C.97.1%D.388%答案：C★14.如下图所示的浮点加法流水部件，计算10,,2,1iZYXiii，流水线经过多少时钟后排空（假设时钟长度为t）A.16B.15C.14D.13答案：B★★15.一台标量处理机，具有一条5级指令流水线，每级均耗时1个时钟周期，执行一个具有20条指令的代码序列。现将此标量处理机改为超流水线处理机，采用同样基准的指令流水线，不同的是每隔1/4个时钟周期发射1条指令，执行相同的代码序列。问前后两次执行的加速比。A.2.4B.2.46C.2.67D.2.75答案：B★★16.一条4个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算81iiiBA，最少需要经过多少时间，假设运算的结果有专门的输出通路连接到输入端。并且只有当一个流水线排空后流水线才可以发生另一种运算。（1）取指（2）译码、取数（3）运算（4）写结果A.16输入S1S2S3S4输出Δt3ΔtΔtΔtS2S2B.22C.25D.27答案：B★17.下图所示的时空图对应的处理机为：A.标量处理机B.超标量处理机C.超流水处理机D.超标量超流水处理机答案：C★18.一台nm,度的超标量超流水线处理机的指令并行度为A.mB.m(n-1)C.(m-1)(n-1)D.mn答案：D★★★19.连续执行100条指令时，一台2度的超标量处理机的最大效率是多少（假设这里的每条流水线是4段标准流水线的流水线）A.100%B.97.1%C.94.3%D.92.6%答案：C（公式见演算题13）12341234123412341234时钟周期指令I1I2I3I5I61234★★★20.连续执行100条指令时，一台2度的超流水线处理机的最大效率是多少（假设这里的流水线是4段标准流水线）A.100%B.96.1%C.94.3%D.93.4%答案：D★★★21.连续执行100条指令时，一台5度的超标量处理机的最大效率是多少（假设这里的每条流水线是基于4段标准流水线的超标量流水线）A.100%B.97.09%C.87%D.96.15%答案：C87％★22.在超标量，超流水线，超标量超流水线等不同结构的指令级并行处理机上运行矩阵乘法C＝A×B（假设A是m×n阶的矩阵，B是n×l阶的矩阵），最少需要进行多少次乘法和多少次加法？A.mn,nlB.mnl,ml(n-1)C.mnl,mn(l-1)D.mnl,mnl答案：B（乘法，加法的次数不变）★★23.试比较在指令并行度较低的情况下，具有相同指令并行度的超标量处理机a和超流水线处理机b的效率A.abB.a=bC.abD.不能确定（和指令数有关）答案：A★★24.一条4个功能段的加－乘静态流水线，四个功能段如下所示，计算81iiiBA，最少需要经过多少时间，假设运算的结果必须先写入到缓冲存储器才能供输入端使用。并且只有当一个流水线排空后流水线才可以发生另一种运算。（1）取指（2）译码、取数（3）运算（4）写结果A.19B.23C.24D.27答案：C(提示：画出时空图，注意在第二个流水段取数)2问答题★★1.简述流水线技术的特点答：流水线技术具有以下特点：⑴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”。⑵流水技术适合于大量重复的时序过程。★★2.请写出2种数据相关方式，并举例说明分别在什么情况下发生（采用设计程序段的方式来说明）答：⑴写读相关：例如程序段R0=R1×R4;R2=R0×R3若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关⑵读写相关例如程序段R2=R0×R3;R3=R4-1若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生读写数据相关⑶写写相关例如程序段R2=R0×R3;R3=R4-1;R2=R5若指令三在指令一前发生则最终的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关★★3.在流水线处理机当中，可能有哪几种操作数据相关？这几种相关分别发生在什么情况下？解决操作数相关的基本方法有哪几种？答：①a.写读相关（先写后读）例如程序段R0=R1×R4;R2=R0×R3若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生写读相关b.写写相关例如程序段R2=R0×R3;R3=R4-1;R2=R5若指令三在指令一前发生则最终的结果与正确结果不同，此时发生写写数据相关c.读写相关（先读后写）例如程序段R2=R0×R3;R3=R4-1若第二条指令在第一条指令前执行则最终的结果与正确结果不同，此时发生读写数据相关②解决数据相关的方法可以分为2大类：延迟执行、建立专用路径★4.请写出两种解决流水线结构相关的方法。答：(1)流水化功能单元(2)资源重复★★5.降低流水线分支转移损失的方法有哪些？答：(1)在流水线中尽早判断出分支转移是否成功(2)尽早计算出分支转移成功时的PC值（即分支的目标地址）“冻结”“排空”流水线的方法：预测分支转移失败预测分支转移成功延迟分支转移★★★6.试写出延迟转移的3种调度策略，并对其进行评价答：(1)从前调动（将转移指令前的那条指令调度到延迟槽）转移指令必须不与被调度的指令相关，总是可以有效提高流水线的性能(2)从目标处调度）（将转移目标处的那条指令调度到延迟槽）若分支转移失败，必须保证被调度的指令对程序的执行没有影响，可能需要复制调度指令。分支转移成功时，可提高流水线性能。但由于复制指令，可能加大程序空间(3)从失败处调度（将转移不发生时该执行的那条指令调度到延迟槽）若分支转移成功，必须保证被调度的指令对程序的执行无影响。分支转移失败时，可提高流水线性能★7.简述单流水线标量处理机、超标量处理机、超流水线处理机、超标量超流水线处理机的特点答：具有标量数据表示和标量指令系统的处理机称为标量处理机，通常只有一条流水线，一个时钟周期内可以完成一条指令。超标量处理机一般具有多于一条的流水线，一台m度的超标量处理机可同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1个时钟，指令的并行度为m。超流水线处理机一般具有一条k段的超流水线，一台n度的超流水处理机可以同时发射一条指令，指令的发射等待时间为1/n个时钟周期，每个时钟周期共发射n条指令。指令的并行度为n。超标量超流水处理机一般具有多于1条的超流水线，一台nm,度的超标量超流水处理机可以同时发射m条指令，指令的发射等待时间为1/n个时钟周期，每个时钟周期共发射mn条指令，指令的并行度为mn。★★8.画图说明什么是流水线“瓶颈”，简述解决流水线瓶颈的方法。答：上图中的S3段就是流水线瓶颈A.将流水线的“瓶颈”部分再细分B.重复设置瓶颈流水段，让多个瓶颈流水段并行工作★9.什么是静态流水线？什么是动态流水线答：静态流水线：在同一时间内，多功能流水线中的各个功能段只能按照一种固定的方式连接，实现一种固定的功能。只有当按照这种连接方式工作的所有任务都流出流水线之后，多功能流水线才能重新连接，以实现其他功能。动态流水线：在同一时间内，多功能流水线的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。其中流水线中各个功能部件不能发生冲突。★★10.程序中有哪两类相关，分别可以采取什么方法来解决？答：程序中可能出现下两类相关(1)数据相关数据相关指在执行本条指令的过程中，如果用到的指令、操作数、变址偏移量等是前面指令的执行结果，则必须等待前面的指令执行完成，并把结果写到主存或通用寄存器中之后，本条指令才能开始执行。可以采取设置专用数据通路、延迟执行等方法来解决数据相关。(2)控制相关控制相关指由条件分支指令、转子程序指令、中断等引起的相关。可以采取静态分支预测技术、动态分支预测技术、提前形成条件码等来解决控制相关。输入S1S2S3S4输出t=Δtt=Δtt=Δ3tt=Δt3演算题★★1．一条流水线连接图如下所示，画出100条指令连续通过该流水线的时空图，并计算该流水线的吞吐率和最大吞吐率。（其中ns1t）解：TP=100/(3*100+6-3)=330MIPS（分母是305，300都不对）TPmax=1/3=333.333MIPS空间123123时间(ns)1234560123n……n……n……123……n★★2．一条流水线连接图如下所示，画出100条指令连续通过该流水线的时空图，并