流水线寄存器的延迟和时钟扭曲等这些流水线的额外开销对于流水线的性能也有较大影响。（)

用一台每个时钟周期发射两条指令的超标量处理机运行下面一段程序。所有指令都要进行取指(IF)、译码(ID)、执行、写结果(WB)4个阶段。其中IF、ID、WB这3个阶段各为一个流水段，其延迟时间都为10 ns。在执行阶段，LOAD操作、AND操作各延迟10 ns，ADD操作延迟20 ns，MUL操作延迟30 ns。这4种功能部件各设置一个，它们可以并行工作。ADD部件和MUL部件都采用流水结构，每一级流水线的延迟时间都是10 ns。 I1 LOAD R0，M(A) ；R0←M(A) I2 ADD R1，R0 ；R1←(R1)+(R0) I3 LOAD R2，M(B) ；R2←M(B) I4 MUL R3，R4 ；R3←(R3)×(R4) I5 AND R4，R5 ；R4←(R4)∧(R5) I6 ADD R2，R5 ；R2←(R2)+(R5) ①请列出程序代码中所有的数据相关及其相关类型。 ②假设所有运算型指令都在译码(ID)流水段读寄存器，在写结果(WB)流水段写寄存器，采用顺序发射、顺序完成的调度方法。画出流水线的时空图，计算执行这个程序所用的时间。

下列关于“指令流水线”的说法中，错误的是()。

A．随着流水段个数的增加，流水段之间缓冲开销的比例增大

B．每个流水段之间的流水段寄存器的位数一定相同

C．指令流水线可以同时访问指令CaChe和数据CaChe

D．指令流水线可以在一个时钟周期内读／写不同的通用寄存器

和MUL操作各需要2个、3个和4个时钟周期。每个操作都在第一个时钟周期从通用寄存器中读操作数，在最后一个时钟周期把运算结果写到通用寄存器中。 K： MOVE R1，R0 ；R1←(R0) K+1： MUL R0，R2，R1 ；R0←(R2)*(R1) K+2： ADD R0，R3，R2 ；R0←(R3)+(R2) 画出指令执行的流水线时空图，并计算执行完3条指令共需要多少个时钟周期。

指令的顺序，也可以修改指令的操作数，但是注意不能增加指令的条数。请画出该指令序列执行的流水线时空图，并计算执行上述循环所需要的时钟周期数。

有一条动态多功能流水线由6个功能段组成，如图3．6所示。

图3．6 其中，S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间均为50 ns，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水线计算

xiyizi。

在没有任何其他定向(或旁路)硬件的支持下，请画出该指令序列执行的流水线时空图。假设采用排空流水线的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？

部件。 .启动操作包括寄存器操作数的读取，每个时钟周期可以启动两条指令； .执行阶段采用分离的功能单元进行有效地址加法、ALU操作和分支条件判断； .访存阶段只是LW指令的操作步骤，其他指令跳过该阶段； .写缓存是LW和运算指令将推测执行的结果写入重排序缓存，写入重排序缓存中的数据可以立即提供给等待该数据的其他指令，其他指令跳过该阶段； .提交阶段将指令的结果送入寄存器或存储器，每个时钟周期可以提交两条指令。 试写出在执行以下循环程序前3个迭代时指令执行的时空表，标出每条指令在每一个步骤的时刻。 Loop：LW R2，0(R1)；R2：数组元素 ADDUI R2，R2，1；R2加1 SW 0 (R1)，R2；存储结果 DADDUI R1，R1，4；指针加4 BNE R2，R3，Loop；R21：R3时转移

到一个向量的每个元素上。 Loop： L．D F0，0(R1) ／／取一个数组元素放入F0 ADD．D F4，F0，F2 ／／加上在F2中的标量 S．D F4，0(R1) ／／存结果 DADDIU R1，R1，-8 ／／指针减8(每个数据占8个字节) BNE R1，R2，Loop ／／若R1不等于R2，表示尚未结束，转移 ／／到Loop继续 现做以下假设。 ①每个时钟周期能流出一条整数型指令和一条浮点操作指令，即使它们相关也是如此。 ②整数ALU运算和地址计算共用一个整数部件，并且对于每一种浮点操作类型都有一个独立的流水化了的浮点功能部件。 ③指令流出和写结果各占用一个时钟周期。 ④具有动态分支预测部件和一个独立的计算分支条件的功能部件。 ⑤跟大多数动态调度处理器一样，写回段的存在意味着实际的指令延迟会比按序流动的简单流水线多一个时钟周期。所以，从产生结果数据的源指令到使用该结果数据的指令之间的延迟为：整数运算1个周期，load指令2个周期，浮点加法运算3个周期。要求： ①列出该程序前面3遍循环中各条指令的流出、开始执行和将结果写到CDB上的时间。 ②如果分支指令单流出，没有采用延迟分支，但分支预测是完美的。请列出整数部件、浮点部件、数据Cache以及CDB的资源使用情况。

求此链接流水线的通过时间？(设寄存器入、出各需1拍)

系统最高速度计算（最快时钟频率)和流水线设计思想:

指令的延迟如表4．1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他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) MUT．D F4，F2，F0 L．D F6，0(R2) ADD．D F6，F4，F6 S．D F6，0[R2] DADDIU R1，R1，8 DADDIU 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？ ④对于采用前瞻执行机制的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。 ⑤对于两路超标量的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？ ⑥对于超长指令字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？