内容发布更新时间 : 2024/5/3 4:17:25星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
命中的开销为3个时钟周期。假设：命中率为90%，预测精度为90%，分支频率为15%，没有分支的基本CPI为1。 （1） 求程序执行的CPI。
（2） 相对于采用固定的2个时钟周期延迟的分支处理，哪种方法程序执行速度更快？
解：（1）程序执行的CPI = 没有分支的基本CPI（1） + 分支带来的额外开销
分支带来的额外开销是指在分支指令中，缓冲命中但预测错误带来的开销与缓冲没有命中带来的开销之和。
分支带来的额外开销= 15% * (90%命中×10%预测错误×4 + 10％没命中×3)= 0.099
所以，程序执行的CPI ＝ 1 ＋ 0.099 = 1.099
（2）采用固定的2 个时钟周期延迟的分支处理CPI = 1 + 15%×2 = 1.3
由（1）（2）可知分支目标缓冲方法执行速度快。
4.5 假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？
解：设每条无条件转移指令的延迟为x，则有：
1＋5%×x＝1.1
x＝2
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当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。 所以 程序的CPI ＝ 1 ＋ 2 × 5% ×(1 －90%) ＝1.01
4.6 下面的一段MIPS汇编程序是计算高斯消去法中的关键一步，用于完成下面公式的计算：
Y = a ? X + Y
其浮点指令延迟如表4.3所示，整数指令均为1个时钟周期完成，浮点和整数部件均采用流水。整数操作之间以及与其它所有浮点操作之间的延迟为0，转移指令的延迟为0。X中的最后一个元素存放在存储器中的地址为DONE。
FOO:
L.D
F2,0(R1) F4,F2,F0 F6,F4,F6 R1,R1,#8 R2,R2,#8
DSUBIU R3,R1,#DONE
BNEZ
R3, FOO
(1) 对于标准的MIPS单流水线，上述循环计算一个Y值需要多少时间？其中有多少空转周期？
(2) 对于标准的MIPS单流水线，将上述循环顺序展开4次，不
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MUT.D ADD.D DADDIU DADDIU
L.D F6,0(R2) S.D F6,0[R2]
进行任何指令调度，计算一个Y值平均需要多少时间？加速比是多少？其加速是如何获得的？
(3) 对于标准的MIPS单流水线，将上述循环顺序展开4次，优化和调度指令，使循环处理时间达到最优，计算一个Y值平均需要多少时间？加速比是多少？
(1) 对于采用如图4.8前瞻执行机制的MIPS处理器（只有一个整数部件）。当循环第二次执行到
BNEZ R3,FOO
时，写出前面所有指令的状态，包括指令使用的保留站、指令起始节拍、执行节拍和写结果节拍，并写出处理器当前的状态。
(2) 对于2路超标量的MIPS流水线，设有两个指令流出部件，可以流出任意组合的指令，系统中的功能部件数量不受限制。将上述循环展开4次，优化和调度指令，使循环处理时间达到最优。计算一个Y值平均需要多少时间？加速比是多少？
(3) 对于如图4.13结构的超长指令字MIPS处理器，将上述循环展开4次，优化和调度指令，使循环处理时间达到最优。计算一个Y值平均需要多少时间？加速比是多少？ 解：（1）
L.D F2, 0(R1) 1 Stall
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MUT.D F4, F2, F0 2
L.D F6, 0(R2) 3 Stall Stall ADD.D Stall
S.D F6, 0[R2] 5
DADDIU DADDIU BNEZ
R1, R1, #8 6 R2, R2, #8 7
DSUBIU R3, R1, #DONE 8
R3, FOO 9 F6, F4, F6 4
Stall
所以，共有14 个时钟周期，其中有5 个空转周期。 （2）循环顺序展开4 次，不进行任何指令调度，则指令1～5 及其间的stall 都是必要的，只是指令6～9 只需执行一次，因此，共有 10 × 4 ＋ 4 ＝ 44 个时钟周期，计算出4 个Y 值，所以计算一个Y 值需要11 个时钟周期，加速比为：14/11 = 1.27 。加速主要是来自减少控制开销，即减少对R1、R2 的整数操作以及比较、分支指令而来的。
（3）循环顺序展开4 次，优化和调度指令，如下：
L.D F2, 0(R1) L.D F8, 8(R1)
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L.D F14, 16(R1) L.D F20, 24(R1)
MUT.D F4, F2, F0 MUT.D F10, F8, F0 MUT.D F16, F14, F0 MUT.D
F22, F20, F0
L.D F6, 0(R2) L.D F12, 8(R2) L.D F18, 16(R2) L.D F24, 24(R2) ADD.D F6, F4, F6 ADD.D F12, F10, F12 ADD.D F18, F16, F18 ADD.D
F24, F22, F24
S.D F6, 0[R2] S.D F12, 8[R2] S.D F18, 16[R2] S.D F24, 24[R2] DADDIU R1, R1, #32 DADDIU R2, R2, #32 DSUBIU R3, R1, #DONE
BNEZ
R3, FOO
共用了24 个时钟周期，则计算一个Y 值平均需要 24/4 =
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