内容发布更新时间 : 2024/11/15 1:45:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
排空时间：排空时间是指最后一条指令流出流水线所花费的时间。
部件级流水线：部件级流水线又称运算操作流水线，它是把复杂的算术运算操作按照流水的方式执行，如浮点加法运算可被分为求阶差、对阶、尾数加和规格化4个子过程。 指令级流水线：它是把指令的执行过程按照流水的方式进行处理，即把一条指令的执行过程分解为若干个子过程，每个子过程在独立的功能部件中执行。
静态流水线：是指在同一时间内，多功能流水线的各段之间只能按照一种固定的方式连接，当流水线要切换到另外一种功能的时候，必须等到执行前一种功能的任务全部流出流水线后，才能改变其连接方式。
动态流水线：是指在同一时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式进行连接，同时执行多种不同的功能，前提是多功能流水线中的任何一个功能段在同一时间仅能连接到执行一种功能的流水线中。
多功能流水线：是指流水线的各段在不同的时间或同一时间里按照不同的连接方式可以实现两种或两种以上的不同的功能。
顺序流水线：是指任务输入到流水线的顺序与从流水线中输出的顺序完全一致。
乱序流水线：是指任务输入到流水线的顺序与从流水线中输出的顺序可以不同，允许后流入到流水线的任务先从流水线中输出。
流水线加速比：流水线的加速比是不使用流水线技术执行任务所用的时间与使用流水线技术执行相同任务所用的时间之比。
流水线吞吐率：吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。 流水线吞吐率效率：是指流水线各段设备的利用率，即流水线中设备的实际使用时间与整个系统运行时间的比值。由于流水线有通过时间和排空时间，因此各功能段的设备不可能一直处于满负荷工作状态，总有一段空闲时间。 数据冲突：后续指令要用到前面指令的操作结果，而这个结果尚未产生或尚未送到指定的位置，从而造成后序指令无法继续执行的状况，称为数据冲突或数据相关。
结构冲突：由于多条指令在同一时钟周期都需使用同一操作部件而引起的冲突被称为结构冲突。 控制相关：当流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令时，由于分支指令跳转是否成功或改变后的PC值要等到存储器访问/分支完成（MEM）段才能确定或计算出来，导致在指令执行阶段，无法确定应该去执行哪一段程序所造成的相关被称之为控制相关。
写后读冲突：如果第j条指令的源操作数是第i条指令的结果操作数，这种数据冲突被称之为先写后读冲突（RAW）。
先读后写冲突：如果第j条指令的结果操作数是第i条指令的源操作数，这种数据冲突被称之为先读后写冲突（WAR）。
写后写冲突：如果第j条指令和第i条指令的结果操作数是相同的，这种数据冲突被称之为写后写冲突（WAW）。
超标量技术：超标量技术是指在CPU内部包含两条或两条以上的可并行执行的指令流水线，使得在一个时钟节拍内能同时执行多条指令。通过采用空间上的并行性，来提高系统的处理
速度。
超流水线技术：在标准流水线中，将指令的执行过程分为取指、译码、执行、写回4个子过程，如果将这些子过程进一步细划分出更多的子过程，更大程度上提高任务处理过程中时间上的并行性的处理技术称为超流水线技术。
超长指令字技术：把多条无相关关系的常规指令储存在一个超长的指令字中，让它们同时被处理，分别控制多个功能部件并行工作的技术称为超长指令字技术。这种技术的实质，是把超标量技术中的相关性识别任务，由CPU硬件转移给程序员或编译程序去实现。 气泡：为了消除相关，插入的等待周期。 2.简述流水线的特点. 流水线具有如下特点：
(1) 流水线把一条指令的执行划分成若干个子过程，每个子过程由一个独立的专用功能部件来执行，依靠执行不同功能的功能部件并行工作来提高系统的吞吐率和处理速度。 (2) 流水线并不能改变单条指令的执行时间，但提高了系统整体吞吐率。因此只有大量连续的任务不断输入到流水线中，保证在流水线的输出端有任务不断的从流水线中输出，才能充分发挥流水线的性能；
(3) 流水线需要有通过时间和排空时间。通过时间是指第一条指令从输入流水线到输出流水线所经过的时间，排空时间是指最后一条指令流出流水线所花费的时间。 3.在流水线方式是缩短了指令的执行时间还是程序的执行时间? 缩短了程序的执行时间，指令的执行时间并不会缩短，相反由于寄存器存取等额外开销还会增加。
4.简述流水线的分类. 流水线可以从不同的角度，按照不同的观点进行多种不同的分类。 （1）线性流水线和非线性流水线
根据流水线的结构，按照流水线中是否有反馈回路进行分类。线性流水线是将流水线的各个段逐个串接起来，每个功能段有且只有一个输入和一个输出，没有反馈回路。非线性流水线是指流水线中除了有串行连接外，还有反馈回路，允许流水线的某些功能段通过反馈回路在一个任务的执行过程中被使用多次。 （2）单功能流水线和多功能流水线
按流水线的功能划分，可把流水线分为单功能流水线和多功能流水线。单功能流水线是指流水线各段之间的连接是固定的，只能完成某种固定的功能，如Cray-1巨型机有12条单功能流水线；多功能流水线是指流水线的各段在不同的时间或同一时间里按照不同的连接方 式可以实现两种或两种以上的不同的功能。 （3）静态流水线和动态流水线
按照工作方式划分，可把多功能流水线分为静态流水线和动态流水线。静态流水线是指在同一时间内，多功能流水线的各段之间只能按照一种固定的方式连接，当流水线要切换到另外一种功能的时候，必须等到执行前一种功能的任务全部流出流水线后，才能改变其连接方式。 （4）顺序流水线和乱序流水线
按照流水线中任务输入和输出的顺序是否相同，可把流水线分为顺序流水线和乱序流水线。顺序流水线是指任务输入到流水线的顺序与从流水线中输出的顺序完全一致；乱序流水线是指任务输入到流水线的顺序与从流水线中输出的顺序可以不同，允许后流入到流水线的任务先从流水线中输出。
5.某动态多功能流水线有6个功能段，其中1,2,3,6为乘法功能所用，1,4,5,6为加法功能所用，在该流水线上计算
?AB
7iii?1（1）画出描述算法的任务分布图； （2）画出任务执行的时空图； （3）计算吞吐率、加速比、效率。 解：（1）： (2) S6 S5 S4 S3 S2 1456 空间 1 2 3 4 5 6 7 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ A1*B1 A2*B2 A3*B3 2A4*B4 A5*B5 3A6*B6 A7*B7 6+ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 6+ 6 7 … 1+ 2+ 4+ 3+ 4+ 6+ 5+ 1+ 2+ 3+ 5+ S 6+ 7 1+ 2+ 11 2 3 4 5 6 3+ 4+ 5+ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ A2B2 A4B4 A6B6 A1B1 A3B3 A5B5 A7B7 时间 (3) 完成13条指令，共花费了27⊿t的时间，故吞吐率为： 如果不采用流水线技术，每条指令执行时间为4⊿t，则完成13条指令所需要的总时间为13×4⊿t=52⊿t，故加速比为：
而流水线的效率为：
6．有一条5段(S1-S5)组成的数据处理流水线如图7.22所示：其中，S1、S2、S3和S4的执行
时间为△t，S5的执行时间为3△t 输入 S1 S2 S3 S4 S5 输出 图7.22 某5段数据处理流水线结构 (1)画出连续处理5个数据的处理过程的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。 (2)采用瓶颈段细分方法对瓶颈段S5进行改造，画出改造后的流水线和连续处理5个数据的时空图，并求出流水线的实际吞吐率和效率。 解：（1） S5 S4 S3 1 1 空间 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5 5 5 5 5 S2 1 S1 1 4 2 3 4 2 3 4 时间 (b) 时空图 完成5条指令，花了19⊿t的时间，吞吐率为 而流水线的效率为： (2)细分瓶颈段 由于瓶颈段的执行时间是其余各段的执行时间的3倍，将瓶颈段s3细分为3个子流水线功能段S5a、S5b、S5c，这样每个功能段或子功能段的执行时间均为⊿t，流水线转换为各段执行时间均相等的流水线，
S5c S5b S5a S4 S3
空间
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
S2
1 2 3 4 5 时间 S1 1 2 3 4 5
完成5条指令，花了11⊿t的时间，吞吐率为
而流水线的效率为：
7.某非线性流水线由四段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第四段。如果每段的时间都是△t，问：
1)当在该流水线输入端连续地每隔△t时间输入一个任务时，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?如果每隔离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,其吞吐率提高到多少?
解：（1）会产生错误的输出，流水线不能正常工作。
（2）最大吞吐率为1/2⊿t，如果每隔离2△t输入一个任务,连续处理10个任务时的实际吞吐率
效率为
（3）每段时间不变时，可重复设置第三段来提高吞吐率，10个任务，每隔⊿t就可以输入一个任务，需要10+4⊿t时间完成，吞吐率提高到：
第八章 总线系统 习 题 八
8.1 解释下列名词
总线 系统总线 内存总线 I/O总线 三态门 总线事务 总线复用 总线带宽 突发传输 总线连接 总线仲裁 串行传送 并行传送 数据传输模式 总线标准 PCI总线 AGP总线 总线事务分离 波特率 桥 全双工 半双工 主设备 从设备 广播与广集 同步通信 异步通信 参考答案：
1.总线：部件之间信息传输的公共通路，通过总线可实现部件之间数据信息和控制信息的传