指令流水處理的時空圖

1. 計算機系統結構流水線的問題，求詳細解答，畫圖的過程，腦子笨學的慢，求教！！

首先需要考慮的是，10 個數的的和最少需要做幾次加法。我們可以發現，加法的 次數是不能減少的：9 次；於是我們要盡可能快的完成任務，就只有考慮如何讓流水線盡可 78 能充滿，這需要消除前後指令之間的相關。由於加法滿足交換率和結合率，我們可以調整 運算次序如以下的指令序列，我們把中間結果寄存器稱為 R，源操作數寄存器稱為 A，最後 結果寄存器稱為 F，並假設源操作數已經在寄存器中，則指令如下： I1： R1←A1+A2 I2： R2←A3+A4 I3： R3←A5+A6 I4： R4←A7+A8 I5： R5←A9+A10 I6： R6←R1+R2 I7： R7←R3+R4 I8： R8←R5+R6 I9： F←R7+R8 這並不是唯一可能的計算方法。假設功能段的延遲為Δ t。時空圖如下，圖中的數字是指令 號。 79 整個計算過程需要 21Δ t，所以吞吐率為： Tp ? 9 3 ? 21?t 7 ?t 加速比為： S? 9 ? 5?t 45 ? ? 2.1429 21?t 21 效率為： E? T0 9 ? 5?t 3 ? ? k ? Tk 5 ? 21?t 7 80 5.9 一條線性靜態多功能流水線由 6 個功能段組成，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，每個功能段的延遲時間均相等。流水線的輸入端與輸出端之間有直接數據通路，而且設置有足夠的緩沖寄存器。

2. 流水線時空圖

http://hi..com/newhor/blog/item/c85a18090442f7206b60fb0f.html

習題5.8

3. 什麼是指令流水，畫出指令二級流水和四級流水的示意圖，它們中哪一個更能提高處理器速度，為什麼

就是CPU的各個寄存器同時工作，一個寄存器在處理完一個指令的特定功能後馬上執行下一條指令的相關功能，而不是等該指令全部執行完後再去執行。比如有兩個人做包子，一個人負責滾麵皮，一個人負責包，滾麵皮的不需要等包的包完一個後再去滾下一個，而是在包的同時滾下一個麵皮，這就是流水線

4. 如何理解指令流水線中的"吞吐率

假設一個四段流水線，取指段的時間為t，解碼段的時間為t，取數段的時間為3t，執行段的時間為t。流水線示意圖如下：

為了便於計算假設取指和解碼段總是連續執行的。流水線執行n條指令時其執行過程的時空圖如下圖所示：

從圖中不難看出，第一條指令的執行時間是6t；第二條指令在執行時停頓了兩個周期，第二條指令的完成時間比第一條指令的完成時間晚3t；第三條、第四條......第n條與此相同。
因此，該流水線執行n條指令的時間就是：6t+(n-1)3t
流水線的實際吞吐率就是：n/6t+(n-1)3t
流水線時間計算公式：一條指令所需時間+（指令條數-1）*時間最長的指令的一段 // 6t+(n-1)3t
吞吐率公式：指令條數 除以 流水線時間 // n/(6t+(n-1)3t)

5. 計算機系統結構中流水線的時空圖怎麼畫

描述流水線的工作過程，通常採用時（間）空（間）圖的方法。在時空圖中，縱坐標表示指令序列，橫坐標表示時間。

1．指令流水線過程段

圖5-20表示流水CPU中一個指令周期的任務分解。假設指令周期包含取指令（IF）、指令解碼（ID）、指令執行（EX）、訪存取數（MEM）、結果寫回（WB）5個子過程（過程段），流水線由這5個串聯的過程段組成，各個過程段之間設有高速緩沖寄存器，以暫時保存上一過程段子任務處理的結果，在統一的時鍾信號控制下，數據從一個過程段流向相鄰的過程段。

當流水線滿載時，每一個時鍾周期可以執行2條以上的指令。因此，圖5-23中僅用了9個時鍾周期就完成了10條指令，每條指令平均用時0.9個時鍾周期。

超標量流水計算機是時間並行技術和空間並行技術的綜合應用。

6. 計算機流水線時空圖的結構和特點，求教

計算機語言具有高級語言和低級語言之分。 高級語言如C，FORTRAN等，其語句和用法與具體機器的指令系統無關。 低級語言分機器語言（二進制語言）和匯編語言（符號語言），這兩種語言都是面向機器的語言，和具體機器的指令系統密切相關。機器語言用指令代碼編寫程序，而符號語言用指令助記符來編寫程序。 高級語言與計算機的硬體結構及指令系統無關，在編寫程序方面比匯編語言優越。但是高級語言程序「看不見」機器的硬體結構，不能用於編寫直接訪問機器硬體資源的系統軟體或設備控制軟體。為此，一些高級語言提供了與匯編語言之間的調用介面。用匯編語言編寫的程序，可作為高級語言的一個外部過程或函數，利用堆棧來傳遞參數或參數的地址。 高級語言難易程度 較難 C語言比較通用 只有個別的復雜程序才用得到高級語言

7. 計算機系統結構標題處理機時空圖。請問時空圖里的加法是怎麼加，乘法又是怎麼乘的啊

看這個例子畫的是靜態流水線，第一組陰影是做乘法，第二、第三組陰影是做加法。

8. 請幫忙解決一道關於流水線技術的題

1.指令流水線的連接圖

2．流水線執行的時空圖

3計算其加速比、吞吐率和效率
設某個流水線有M個流水段組成，每段經過的時間都是Δt，共有N個任務將要經過流水線。則Te=M*Δt,Td=(M-1)* Δt,T=Te+(N-1)* Δt=N*Δt+(M-1)* Δt
加速比是並行計算領域最重要的性能指標之一，它是串列處理所花時間與採用並行處理後所花時間的比值。在評價流水線時，加速比等於順序串列所花時間與等效的流水處理所花時間的比值。
吞吐率是衡量流水線性能的重要指標，它是指在單位時間內流水線所完成的任務數和輸出結果的數量。
基於上面相同的假設，加速比Sp=(N*M*Δt)/T=(N*M)/(M+N-1)=M/[1+(M-1)/N], 吞吐率Tp=N/T=1/{Δt*[1+(M-1)/N]}=(1/Δt)/[1+(M-1)/N].
記（1／Δt）為「最大吞吐率Tpmax」, 則Tp=Tpmax/[1+(M-1)/N].
效率是指流水線索設備利用率。從時－空圖上看，所謂效率，就是N個任務佔用的時空區和M個段總的時空區之比，
即：E=(M*N*Δt)/(M*T)=N/[N+(M-1)]=Tp*Δt

9. 指令流水線有取指、解碼、執行、訪存、寫回5個過程段，共有15條指令連續輸出此流水線。

2）：11/(15*100ns)=7.3*106條指令/秒