流水线各种计算方法
各段均取周期法：
流水线各段执行时间最长的那段为整个流水线的瓶颈，一般地，将其执行时间称为流水线的周期。
若在计算n个任务地执行时间时，将各个子功能段的实际执行时间限制为周期时间，则称为各段均取周期法。
各段均取周期法：
流水线各段执行时间最长的那段为整个流水线的瓶颈，一般地，将其执行时间称为流水线的周期。
若在计算n个任务地执行时间时，将各个子功能段的实际执行时间限制为周期时间，则称为各段均取周期法。
该方法中，计算公式为:
T总=(n+k-1)×周期其中，k为总段数，n为任务总数。
各叠加段取最大值法：
该方法中，计算公式为:
T总=t1+max{t1,t2}+max{t1,t2,t3}+…+max{t1,t2,…,tk-1}
+max{t1,t2,…tk}×[n-(k-1)]+max{t2,t3,…,tk}
+max{t3,t4,…,tk}+…+max{tk-1,tk}+tk
其中，k为总段数，n为任务总数。
最省时法：
该方法中，计算公式为:
T总=t1+t2+…+tk+max{t1,t2,t3,...,tk}×(n-1)
其中，k为总段数，n为任务总数。
采取哪种方法？
当各段执行时间不一样时，上述3种方法才存在区别。若各段执行时间一样，三者无区别。第2，3种方式依各段时间取值不一样而可能存在区别。
文章来源https://www.doczj.com/doc/2114954514.html,
3.12 有一指令流水线如下所示 （1） 求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； （2） 该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。 对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？ 解：（1） 2200(ns)2009200)10050(50t )1n (t T max m 1 i i pipeline =?++++=?-+?=∑= )(ns 220 1 T n T P 1pipeline -== 45.45%11 5 4400T P m t T P E m 1 i i ≈=? =?? =∑= （2）瓶颈在3、4段。 ? 变成八级流水线（细分） 850(ns)509850t 1)(n t T max m 1 i i pipeline =?+?=?-+?=∑= )(ns 85 1 T n T P 1pipeline -== 58.82%17 10 8400T P m ti T P E m 1 i ≈=? =?? =∑= ? 重复设置部件 出 50ns 50ns 100ns 200ns
)(ns 85 1 T n T P 1pipeline -== 58.82%17 10885010400E ≈=??= 3.13 4段组成，3段时，一次，然4段。如果 需要的时间都是，问： （1） 当在流水线的输入端连续地每时间输入任务时，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，其吞吐率提高多少？ （2） t ?t ?2
（一）时间定额 时间定额不仅是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产计划，计算生产成本的重要依据，还是新建或扩建工厂（车间）时计算设备和工人数量的依据。 制定合理的时间定额是调动工人积极性的重要手段，它一般是技术人员通过计算或类比的方法，或者通过对实际操作时间的测定和分析的方法进行确定的。在使用中，时间定额还应定期修订，以使其保持平均先进水平。 在机械加工中，完成一个工件的一道工序所需的时间T0，称为单件工序时间。它由下述部分组成。 1 ．基本时间t b 基本时间是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对机械加工而言，就是直接切除工序余量所消耗的时间（包括刀具的切入或切出时间）。基本时间可按公式求出。例如车削的基本时间t b 为： 式中t b ——基本时间（ min ）； L j——工作行程式的计算长度，包括加工表面的长度，刀具切出和切入长度（ mm ）； Z ——工序余量（ mm ）； n——工件的旋转速度（ r/min ）； f——刀具的进给量（ mm/r ）； a p——背吃刀量（ mm ）。 2 ．辅助时间t a 辅助时间是为保证完成基本工作而执行的各种辅助动作需要的时间。它包括：装卸工件的时间、开动和停止机床的时间、加工中变换刀具（如刀架转位等）时间、改变加工规范（如改变切削用量）的时间、试切和测量等消耗的时间。 辅助时间的确定方法随生产类型而异。大批大量生产时，为使辅助时间规定得合理，需将辅助动作分解，再分别确定各分解动作的时间，最后予以综合。中批生产则可根据以往的统计资料来确定。单件小批生产则常用基本时间的百分比来估算。 3 ．技术服务时间t c 技术服务时间是指在工作进行期间内，消耗在照看工作地的时间，一般包括：更换刀具、润滑机床、清理切屑、修磨刀具、砂轮及修整工具等所消耗的时间。
第七章指令流水线 2. 简单回答下列问题。（参考答案略） （1）流水线方式下，一条指令的执行时间缩短了还是加长了？程序的执行时间缩短了还是加长了？为什么？ （2）具有什么特征的指令集易于实现指令流水线？ （3）流水线处理器中时钟周期如何确定？单条流水线处理器的CPI为多少？每个时钟周期一定有一条指令完成吗？为什么？ （4）流水线处理器的控制器实现方式更类似于单周期控制器还是多周期控制器？ （5）为什么要在各流水段之间加寄存器？各流水段寄存器的宽度是否都一样？为什么？ （6）你能列出哪几种流水线被阻塞的情况？你知道硬件和软件是如何处理它们的吗？ （7）超流水线和多发射流水线的主要区别是什么？ （8）静态多发射流水线和动态多发射流水线的主要区别是什么？ （9）为什么说Pentium 4是“CISC壳、RISC核”的体系结构？ 3. 假定在一个五级流水线（如P.205图7.1所示）处理器中，各主要功能单元的操作时间为： 存储单元：200ps；ALU和加法器：150ps；寄存器堆读口或写口：50ps。若执行阶段EX 所用的ALU操作时间缩短20%，则能否加快流水线执行速度？如果能的话，能加快多少？ 如果不能的话，为什么？若ALU操作时间增加20%，对流水线的性能有何影响？若ALU 操作时间增加40%，对流水线的性能有何影响？ 参考答案： a. ALU操作时间缩短20%不能加快流水线指令速度。因为存储单元的时间为200ps，所 以流水线的时钟周期不会因为ALU操作时间的缩短而变短。 b. ALU操作时间延长20%时，变为180ps，比200ps小，对流水线性能没有影响； c. ALU操作时间延长40%时，变为210ps，比200ps大，所以，流水线的时钟周期将变 为210，其效率降低了（210-200)/200=5%。 4. 假定某计算机工程师想设计一个新CPU，一个典型程序的核心模块有一百万条指令，每条 指令执行时间为100ps。 （1）在非流水线处理器上执行该程序需要花多长时间？ （2）若新CPU是一个20级流水线处理器，执行上述同样的程序，理想情况下，它比非流水线处理器快多少？ （3）实际流水线并不是理想的，流水段间数据传送会有额外开销。这些开销是否会影响指令执行时间（Instruction latency）和指令吞吐率（Instruction throughput）？ 参考答案： （1）非流水线处理器上执行该程序的时间为：100psx106=100μs. （2）若在一个20级流水线的处理器上执行，理想情况下，每个时钟周期为：100/20=5ps， ? 156 ?
并行计算 一、并行计算概述 1.并行计算定义： 并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程。为执行并行计算，计算资源应包括一台配有多处理机（并行处理）的计算机、一个与网络相连的计算机专有编号，或者两者结合使用。并行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。此外还包括：利用非本地资源，节约成本―使用多个“廉价”计算资源取代大型计算机，同时克服单个计算机上存在的存储器限制。 为利用并行计算，通常计算问题表现为以下特征： （1）将工作分离成离散部分，有助于同时解决； （2）随时并及时地执行多个程序指令； （3）多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时。 并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。2.并行化方法 1)域分解 首先，确定数据如何划分到各个处理器 然后，确定每个处理器所需要做的事情 示例：求数组中的最大值 2)任务（功能）分解 首先，将任务划分到各个处理器 然后，确定各个处理器需要处理的数据 Example: Event-handler for GUI 二、并行计算硬件环境 1.并行计算机系统结构 1)Flynn分类 a. MIMD 多指令流多数据流(Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，简称MIMD)，它使用多个控制器来异步的控制多个处理器，从而实现空间上的并行性。 对于大多数并行计算机而言，多个处理单元都是根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据，因此，它们被称作是多指令流多数据流计算机 b. SIMD 单指令流多数据流(Single Instruction Multiple Data)能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集，以同步方式，在同一时间内执行同一条指令。 以加法指令为例，单指令单数据（SISD）的CPU对加法指令译码后，执行部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操作数；随后才能进行求和运算。而在SIMD型的CPU中，指令译码后几个执行部件同时访问内存，一次性获得所有操作数进行运算。这个特点使SIMD特别适合于多媒体应用等数据密集型运算。 2)并行计算及结构模型 a. SMP SMP (Symmetric Multiprocessor) 采用商品化的处理器，这些处理器通过总线或交叉开关连接到共享存储器。每个处理器可等同地访问共享存储器、I/O设备和操作系统服务。 扩展性有限。
第5章课后习题 1．填空题 (1) 衡量流水线性能的主要指标有 (2) 指令乱序流动可能造成 (3) 解决数据相关主要有 (4) 超标量处理机开发的是 行性。 (1). 吞吐率、加速比、效率 (2). 先写后读、先读后写、写写 (3). 推后分析、设置专用路径 (4). 空间、时间 2．假设一条指令的执行过程分为"取指令"、"分析"和"执行"三段，每一段的时间分别为△t、2△t和3△t。在下列各种情况下，分别写出连续执行n条指令所需要的时间表达式。 (1) 顺序执行方式。 (2) 仅"取指令"和"执行"重叠。 (3) "取指令"、"分析"和"执行"重叠。 第2题 (1) 顺序执行时每条指令用时=△t+2△t+3△t=6△t， 因此n条指令所需要的时间=6n*△t (2) 第一条指令完成需要时间=△t+2△t+3△t=6△t，根据题义，下一条指令的"取指令"与上一条指令"执行"的最后一个△t重叠。因此，自从第一条指令完成后，每隔4△t完成一条指令。所以余下的n-1条指令用时(n-1)*4△t. 所以，n条指令所需要的时间=6△t+(n-1)*4△t=2(2n+1)△t。 (3) 第一条指令完成需要时间=△t+2△t+3△t=6△t，由于一条指令的"取指令"和"分析"阶段和下一条指令的"执行"阶段重叠，因此，此后每3△t 完成一条指令，余下的n-1条指令用时(n-1)*3△t. 因此n条指令所需要的时间=6△t+(n-1)*3△t=3(n+1)△t
3．用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算F＝。每个功能段的延迟时间均相等，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路，而且设置有足够的缓冲寄存器。要求用尽可能短的时间完成计算，画出流水线时空图，计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。 第3题 假设每个功能段的延迟时间为△t。 F＝=[(A1+1A2)+6(A3+2A4)+8(A5+3A6)]+9[(A7+4A8)+7(A9+5A10)] 由上面的时空图可以看出，在20△t时间内共完成9个加法操作。因此： 吞吐率为：TP= 9/20=0.45 加速比为：Sp= 9*5/20=2.5 效率为：E= 45/(20*5)=45% 4．设有一个15000条指令的程序在一台时钟速率为25MHz的线性流水线处理机上执行。假设该指令流水线有5段，并且每个时钟周期发射一条指令。忽略由于转移指令和无序执行造成的损失。 (1) 用该流水线执行这一程序，并用流过延迟与其相等的一个等效非流水线处理机执行同一程序，将两者加以比较，并计算其加速比。 (2) 该流水线处理机的效率是多少？ (3) 计算该流水线的吞吐率。 第4题 (1) 等效的非流水处理机执行一条指令需要的时间是5个时钟周期。依照加速比定义， (2) 效率E为
工时计算方法 为了使工时定额更加合理、准确，现结合公司实际情况，特制定此工时计算方法。 一、工艺过程的工时计算 工时计算时，除特殊注明外，单位被统一表示。工时：小时；长度：毫米；切割速度：毫米/小时；面积：平方米；进给量：毫米/转；转速：转/分钟。 辅助时间计在工时定额中。它主要包含熟悉图纸和工艺等技术文件、调整设备、装夹、准备工夹量刃具、吊装、磨刃具、自检、焊接件翻转、标识移植时间等。 工时定额不考虑生理、打扫卫生、领件、领料、入库、转序、交检、包装、喷漆件等待干燥时间，这些统一由工厂考虑。返修时间单独计算，不计入正常工时定额中。 各主要工序的计算方法如下： 下料： １、板材火焰切割下料： 工时＝基本时间+辅助时间=(切割长度/切割速度)＊(1+k) 半自动切割Ｋ=2.85数控切割Ｋ= 4.5 等离子切割Ｋ=4.5 ２、板材剪切下料：所需用人数已被考虑。 工时＝切割刀数＊Ｋ
≤δ8Ｋ＝0.17小时/每刀（钢材）；Ｋ＝0.10小时/每刀（PVC）＞δ8～δ14 Ｋ＝0.19小时/每刀 ＞δ14～δ20 Ｋ＝0.20小时/每刀 ３、型材锯割下料： 工时按实际考核数据。参见附件一：型材下料工时 ●成型： 工时=基本时间＋辅助时间 ●焊接： 1、焊前准备：包括划线、焊前焊缝处表面清理、焊前预热、二级库焊材烘干。 易打磨大件：焊前焊缝单表面清理时间：0.08小时/米 不易打磨件或小件：焊前焊缝单表面清理时间：0.15小时/米 2、组点： 3、焊接成型： 工时＝基本时间＋辅助时间。 焊接（气刨）基本时间＝焊缝长度*道数/焊接（气刨）速度 4、焊后整理：包括校正、清理焊渣时间。 ●试装（车）：包括组装、试车、试压、拆卸。 ●表面清理：指防腐处理前的表面清理。 工时＝清理面积*0.34小时／平方米 ●防腐： 工时＝清理面积*0.07小时／平方米＊喷漆遍数
第十二章 并行程序设计基础 习题例题： 1、假定有n 个进程P(0)，P(1)，…，P(n -1)，数组元素][i a 开始时被分配给进程P(i )。试写出求归约和]1[]1[]0[-+++n a a a 的代码段，并以8=n 示例之。 2、假定某公司在银行中有三个账户X 、Y 和Z ，它们可以由公司的任何雇员随意访问。雇员们对银行的存、取和转帐等事务处理的代码段可描述如下： /*从账户X 支取￥100元*/ atomic { if (balance[X] > 100) balance[X] = balance[X]-100； } /*从账户Y 存入￥100元*/ atomic {balance[Y] = balance[Y]-100；} /*从账户X 中转￥100元到帐号Z*/ atomic { if (balance[X] > 100){ balance[X] = balance[X]-100； balance[Z] = balance[Z]+100； } } 其中，atomic {}为子原子操作。试解释为什么雇员们在任何时候（同时）支、取、转帐时，这些事务操作总是安全有效的。 3、考虑如下使用lock 和unlock 的并行代码： parfor (i = 0；i < n ；i++){ noncritical section lock(S)； critical section unlock(S)； }
假定非临界区操作取T ncs时间，临界区操作取T cs时间，加锁取t lock时间，而去锁时间可忽略。则相应的串行程序需n( T ncs + T cs )时间。试问： ①总的并行执行时间是多少？ ②使用n个处理器时加速多大？ ③你能忽略开销吗？ 4、计算两整数数组之内积的串行代码如下： Sum = 0； for(i = 0；i < N；i++) Sum = Sum + A[i]*B[i]； 试用①相并行；②分治并行；③流水线并行；④主-从行并行；⑤工作池并行等五种并行编程风范，写出如上计算内积的并行代码段。 5、图12.15示出了点到点和各种集合通信操作。试根据该图解式点倒点、播送、散步、收集、全交换、移位、归约与前缀和等通信操作的含义。 图12.15点到点和集合通信操作
标准工时计算方法 一、目的：规范标准工时制定与修改作业，使标准工时具有完整性,使ERP系统运行之排程合理和成本准确。 二、名词定义： 2.1、标准工时：在特定的工作环境条件下，用规定的作业方法和设备，以普通熟练工作者的正常速度完成一定质量和数量的工作所必需的时间。 2.2、宽放时间：指作业员除正常工作时间之外必须的停顿及休息的时间。包括操作者个人事情引起的延迟，疲劳或无法避免的作业延迟等时间。对于没有规定发生时间、发生频率、所需时间的不规则要素作业，并不在正常时间范围之内，而属于宽放时间。 2.3、标准速度：没有过度体力和精神疲劳状态下，每天能连续工作，只要努力就容易达到标准作业成果的速度。 三、标准工时的构成： 3.1、标准时间＝正常时间+宽放时间＝观测时间*(1+熟练修正数+努力修正数)+观测时间*宽放率 3.2、正常时间： 3.2.1、主体作业时间：按照作业目的进行的作业。指能创造价值的作业，如改变产品外形，改变产品性能等。 3.2.2、副作业时间：与主体作业同步发生，起附属作用。如取放工具、检查等。 正常时间设定方法如下： 直接观测法：秒表观测法；摄影分析法；work sampling法。 优点：比较简单；任何人都可以做。 缺点：难于跟标准速度相比较，需要评价标准速度；生产之前不能设定。 合成法：动作分析法、历史数据法。 优点：信赖程度和一贯性高；客观性和普遍性高；不需要评价标准速度；可在生产之前设定；容易消除不必要动作。 缺点：需要教育和训练。 3.3、宽放时间： 3.3.1、私事宽放时间：作业过程中，满足生理要求的宽放时间，如上厕所，喝水，擦汗。 3.3.2、疲劳宽放时间：为了补偿工作过程中体力和精神疲劳，采取的休息或操作速度减弱的宽放时间。 3.3.3、特殊宽放：学习宽放、机械干涉宽放、奖励宽放、工厂宽放、其它宽放. 作业宽放时间：补偿作业过程中发生不规则的要素作业。如用处理不良品等。 3.3.4、集体宽放时间：集体作业时，对于个体差异产生损失的补偿。如熟练度的差异，工位编排产生的损失等。 3.3.5、宽放系数表
工时计算方法（各机床工时、各工序工时） 生产效率：是衡量生产单位或部门管理绩效的一个指标，体现生产单位或部门的管理能力，即总标准工时与生产总工时的百分比。为了准确快捷填写生产计划表，现将需计算之工时与相关注意事项做说明。为了提高生产效率，结合其定义，使工时定额更加合理、准确、科学，现结合本单位实际情况，参考国家相关政策标准，制定此工时计算方法。 一．锯床工时定额计算标准 1．工时计算公式：T=（k m T 机+nT 吊+T 装卸）k 2 式中：k m —材料系数 n —一次装夹工件数；n=1-2； k 2—次装夹工件数修正系数，k 2=1（n=1）；k 2=0.55（n=2） 2．机动时间：T 机 2．1. 方料： 式中： H- 板厚mm 材料宽度系数，查下表 k B - 2．2．棒料： 式中D —棒料外径 mm T 机 = k B H 2 0 T 机 = D 2 4 T 机= D —d 02
2．3. 管料： 式中d 0—管料 内径；mm 2．4.．方管： 式中：H —方管外形高 mm ；H 0—方管内腔高mm ； B 0 —方管内腔宽 mm ； 3．吊料时间： 4．装卸料时间及其它时间： 综上所述： 方料： T=（0.12+n0.0519H+0.001L ）k 2-0.00013 H 0*B 0 （min ） 圆料：T=（0.12+n0.0429D+0.001L ）k 2-0.0001 d 02 （min ） n —一次装夹工件数；n=1-2； k 2—次装夹工件数修正系数，k 2=1（n=1）；k 2=0.55（n=2） 二．剪板冲压折弯工时定额计算标准 1．.剪板工时定额计算方法 剪板单件工时定额： a —每块工时系数、见表 b —剪角次数 2 4 1000 T 机= H — H 0*B 20 8000 T 吊= L 1000 T 装 卸 =0.12+ L D 1 800 8 40 T = k * a + b a 3
并行计算期末试题 适用专业：理工类 考试说明： 1、将试卷答案以学号命名为word文件，如115042101.doc，上传到 ftp://172.17.124.203/upload。 2、第一、二大题，直接将答案写在题后；第三、四题要求将程序补充、编写完 整并将运行结果截图插在题目后面。 一、简述题（每小题4分，共20分）。 1、简述openmp编译制导指令master,single,critical,atomic的功能。 1.master制导语句指定代码段只能被主线程执行 2.single编译制导语句指定内部代码只能由线程组中的一个线程执行。线程组中没有执行single语句的线程会一直等待代码块的结束，使用nowait子句除外。 3.critical制导语句表明域中的代码一次只能由一个线程执行，其他线程被阻塞在临界区 4.atomic制导语句指定特定的存储单元将被原子更新 2、简述openmp编译制导子句shared,private的功能？简述openmp编译制导指令threadprivate的功能。 1.private子句表示它列出的变量对于每个线程是局部的。 2.shared子句表示它所列出的变量被线程组中所有的线程共享，所有线程都能对它进行读写访问。 3.threadprivate语句使一个全局文件作用域的变量在并行域内变成每个线程私有，每个线程对该变量复制一份私有拷贝并在多个并行域中保持。 3、简述openmp函数omp_set_num_threads，omp_get_num_threads， omp_get_thread_num的功能；环境变量OMP_NUM_THREADS的功能。 omp_set_num_threads
计算机专业类课程 实 验 报 告 课程名称：计算机系统结构 学院：计算机科学与工程 专业：计算机科学与技术 学生姓名：林怡 学号：2012060020023 指导教师：叶娅兰 日期：2015年 5月 5日 电子科技大学计算机学院实验中心
电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 实验一 一、实验名称：流水线指令调度 二、实验学时：4 三、实验内容和目的： 实验目的： 1. 通过本实验，理解指令调度的方法。 2．掌握使用VC 开发平台模拟处理机内部指令流调度的编程策略。 实验内容： （一）给定要执行的任务和执行该任务的流水线结构 流水线的调度方式能够提高任务的并行度，但是针对不同的任务，由于相关的存在，其并行度的提高是不一致的。在开始程序设计前，我们首先要给定所要完成的任务： 这里我们使用最简单的累加操作∑=n 1i Ai 。 n 的数值可以变化，通过变换n 的值用同一程 序进行多次模拟。 给定流水线： 流水线分四个步骤，每个步骤的执行时间均为一个单位时间。 （二）对任务进行分解 任务分解的目的是为了减少相关。例如n ＝4时，任务分解为 A1＋A2、A3＋A4、 A1＋A2＋A3＋A4 三个加法操作。 如果n 的大小是未知的，任务该怎样分解呢？换而言之，在程序模拟中，有没有一种通行的分解处理方式，可以实现对任意数目的源数据的累加的分解？ （三）任务分解程序模拟的思路 首先，Ai 是对称的，Ai 和Aj 都是一个源操作，任意更换其相对位置，计算的累加和的结果是不变的。每次的加法操作能执行的必要条件是存在两个源数据，因此我 1 2 3 4 X Y
们可以把所有的源数据放入一个队列中，只要该队列中有两个源，那么就执行加法，加法计算的结果是下一次计算的源数据，我们把它再放回源数据队列，直到对列中只剩一个数据、同时加法流水线中没有执行加法操作时，整个累加过程完成。 （四）加法流水线的设计 加法流水线分为四个步骤，每个步骤时间花费是一个单位时间。模拟程序的目的是为了计算总的执行时间，因此对于每个步骤执行的功能并不需要关心。 为此设计一个总步数为4步的加法器，接收两个输入数据，经过4个时间片，输出加法的结果。时间片可以用定时器来模拟。 （五）程序设计 程序应包括一个队列，一个加法类，一个定时器，一个输出对话框。 队列用于存放源数据，一开始将n个源数据A1－An放入。 启动定时器，每一个时间片从队列中取出两个源数据，送入加法器（可以通过调用加法器中接口函数，把源数据作为参数传入）。 构造加法器类，可以考虑用一个长度对4的执行队列来模拟4个步骤，每个时间片将队列的数据依次下压一格，队列尾的数据进行加法计算并将结果压入源数据队列。 用一个记数值表示时间开销，每个时间片对该记数值加1。 当源队列只剩一个数据且加法器的执行队列为空时，整个程序结束，记数器的值就是任务执行的总体时间花费。 （五）多次模拟 可以通过循环的方式对n从4－20进行循环，将每次模拟运行的时间开销值在对话框中显示出来。如果可能将结果打印。 四、实验原理： 程序设计及数据结构： 实验程序共有6个类，分别是： ①PipeAdditionTest 公共类，测试程序，每一个n的循环，将计时器清零并初始化长度为n的源操作数队列，当源操作数队列有多余一个操作数或者加法器的执行队列不为空的时候持续调用加法器类执行加法操作，在程序结束时输出n以及计时器timercounter的值； ②OperaQueue 操作数队列类，包括一个操作数队列数据结构、队列初始化函数OperaQueue(int queueLength)、从队列中取一个源操作数函数getOperationNum()和将加法器计算的结果压入队尾的函数pushOperationNum(int op)； 电子科技大学计算机学院实验中心
工时计算方法 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
工时计算方法 生产效率：是衡量生产单位或部门管理绩效的一个指标，体现生产单位或部门的管理能力，即总标准工时与生产总工时的百分比。为了准确快捷填写生产计划表，现将需计算之工时与相关注意事项做说明。 一、工时计算方法 1、出勤工时：为实到人数与每日标准工作时间数（8小时）之乘积 2、受援工时：为接受支援人数与实际支援时间之乘积 3、加班工时：为加班人员与加班时间之乘积 4、实勤工时：出勤工时+受援工时+加班工时 5、除外工时：为当日非发生于生产之工时 6、生产总工时：实勤工时—除外工时 7、异常工时：为当日因各种因素造成生产部无法正产生产而耗费的人工工时。 8、总标准工时：为当日生产之各产品入库总数与各产品之单一标准工时之乘积之和。
9、异常工时：将影响当日生产所发生之状况分别填写实际时间 10、除外工时：将当日发生于生产中无法抗拒之工时，分别填写实际发生之工时。 11、生产工时：为当天生产此工令所发生的实际工时。 12、差异工时：为产出标准工时与生产工时之差 ※生产效率=总标准工时\生产总工时×100% ※总标准工时=产出数×单一产品标准工时 二、注意点 1、由于作业不良问题较多，造成的不良应有专门维修人员进行处理，不可返回前面工位重工，否则影响正常下拉速度，造成瓶颈现象，不可有此现象发生。作业不良重工时应填写重工工时。 2、新员工试用期间，应在在职培训栏注明，一般试用期为3个月，各领班应将新员工每段时间进行考核。特别为焊接工艺问题。新员工作业时其产能不能达到标准产能，影响生产效率，应填写在职培训工时。 3、为了提高生产效率，领班应注意尽量减少转线，应将工令数少的工单（和KEY板）尽量安排在同一条生产线作业。注意填写转线时间。
一.流水线 1. 概念: 处理器按照一系列步骤来执行每一条指令.典型的步骤如下: 1) 从存储器读取指令(fetch). 2) 译码以鉴别它是那一类指令(dec). 3) 从寄存器堆取得所需的操作数(reg). 4) 将操作数进行组合以得到结果或存储器地址(ALU). 5) 如果需要,则访问存储器以存取数据(mem). 6) 将结果写回到寄存器堆(res). 并不是所有的指令都需要每一个步骤,但是,多数指令需要其中的多数步骤.这些步 骤往往使用不同的硬件功能,例如,ALU 可能只在第四步中用到.因此,如果一条指令不是在前一条结束之前就开始,那么在每一个步骤内处理器只有少部分的硬体被使用. 有一个明显的方法可以改善硬件资源的使用率和处理器的吞吐量,这就是在当前指 令结束之前就开始执行下一条指令.该技术被称为流水线,是在通用处理器中采用并行算法且非常有效的途径. 采用上述操作顺序,处理器可以这样来组织:当一条指令刚刚执行完步骤1并转向步 骤2时,下一条指令就开始执行步骤1.图1.13说明了这个过程.从原理上来说,这样的流水线应该比没有重叠的指令执行快6倍,但实际上事情并没有这么好,下面我们将会看到原因. 1 2 3 指令 时间 图1.13 流水线的指令执行 2. 流水线中的冒险 要点：后一条指令要用到前一条指令。 在典型的计算机程序中经常会遇到这样的情形,即一条指令的结果被用做下一条指令的操作数.当这种情形发生时,图1.13所示的流水线操作就中断了,因为第一条指令的结果在第二条指令取操作数时还没有产生.第二条指令必须停止,直到结果产生为止.这是流水线的行为如图1.14所示.这是流水线的”写后读”冒险(hazard). 1. 2. 图 1.14 先写后读的流水线冒险 转移指令更会破坏流水线的行为,因为后续指令的取指步骤受到转移目标计算的影响,因而必须推迟.不幸的是,当转移指令正在被译码时,在它被确认为是转移指令
自动化生产流水线节 拍、设备利用率计算-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
自动化生产流水线节拍 流水线的负荷系数又称编程效率，其值越大，表明流水线的生产效率越高。 流水线上总负荷系数可按下列公式计算： η=T/(N×Pt) 其中η为负荷系数 Pt为生产节拍＝计划期有效工作时间/计划期产品产量 ＝标准总加工时间/作业员人数 ＝有限机种的标准总加工时间/有限机种台数 N为工位数 T为所有工位完成一个节拍所用时间之合 一般以工作地(机器)作计算单元的，流水线的负荷系数不应低于；以操作工人作计算单位的，其流水线的负荷系数应在－以上。 举个例子 某一新开设的丁恤衫制衣厂，生产目标为每日1000件T恤杉、每日工作8h。生产工序和每个工序的日产量如表所示 工序名称 8H产量 1装袋 320 2缝肩 1000 3缝领 500 4缝袖 950 5上袖 400 6上领 480 7车边 1050 8开门 900 9钉纽 950 ①计算这条生产线的生产节拍Pt Pt＝H／Q＝8×60／1000＝／件 ②计算每个工序所需的标准作业时间，结果如表5-8 ③计算每个工位所需的工位数，结果列于表5-8 例如，第一个工序的作业时间 第一个工序理论上所需的工位数= 15/=个 工序名称作业之间计算工位数实际工位 1 3 2 1 1 3 2 2 4 1 5 3 6 2 7 1 8 1 9 1 合计 15 ④计算出理论上该生产线所需的最小工作位数，即
Nmin=[T/Pt]+1=[]+1=15个 ⑤计算该生产线平衡后的平均负荷率 η=T/(N×Pt)×100%=(15× ×100%=& 依照工序流程安排生产线，首先要按照每个工序的难易程度，计算出各工序所需的工作位数目，务必使各工序每小时的总产量大致相同，才能得到一条子衡的生产线，例1中该生产线平衡后实际的节拍应为（瓶颈工作地节拍），平衡后的工序负荷率为％。 流程的“节拍”(Cycle time)是指连续完成相同的两个产品(或两次服务，或两批产品)之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天(或其它单位时间段)必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。在机械加工生产线的设计中，节拍是设计的一个很重要的因素。生产节拍的平衡很重要。生产节拍的公式为t=60Tβ/N 式中t为生产节拍，T为一年基本工时，一般规定，按一班制工时为2360h/年，按两班制工时为4650h/年；β为复杂系数，一般取为；N为生产线加工工件的年生产纲领。机械加工生产线的主要分类有：单一产品固定节拍生产线、单一产品非固定节拍生产线、成组产品可调节生产线、柔性制造生产线。
第十章高性能计算和并行算法
§10．1 引言 计算机的运算速度在日新月异地增长，计算机的市场价格却不断地下降。 当前的计算机技术仍然远远不能满足物理问题计算的需要。 高性能计算机是一个所有最先进的硬件，软件，网络和算法的综合概念，“高性能”的标准是随着技术的发展而发展的。 高性能计算系统中最为关键的要素是单处理器的最大计算速度，存贮器访问速度和内部处理器通讯速度，多处理器系统稳定性，计算能力与价格比，以及整机性能等。
传统的计算机是冯.纽曼(Von Newmann)计算机，它是由中央处理器、内存器和输入/输出设备构成。 为了要超越这个冯.纽曼“瓶颈”，人们发展了两种计算机体系结构和相关软件技术的应用原则。一个是并行算法(parallelism)，另一个是流水线技术(pipelining)。 由于高性能计算机与当前能够应用的新计算技术相关联，因而它与并行算法和流水线技术有着密切的联系。
§10. 2并行计算机和并行算法 并行计算机是由多个处理器组成，并能够高速、高效率地进行复杂问题计算的计算机系统。 串行计算机是指只有单个处理器，顺序执行计算程序的计算机，也称为顺序计算机。 并行计算作为计算机技术，该技术的应用已经带来单机计算能力的巨大改进。 并行计算就是在同一时间内执行多条指令，或处理多个数据的计算。并行计算机是并行计算的载体。
为什么要采用并行计算呢？ z并行计算可以大大加快运算速度，即在更短的时间内完成相同的计算量，或解决原来根本不能计算的非常复杂的问题。 z提高传统的计算机的计算速度一方面受到物理上光速极限和量子效应的限制，另一方面计算机器件产品和材料的生产受到加工工艺的限制，其尺寸不可能做得无限小。因此我们只能转向并行算法。
工时计算方法 生产效率：是衡量生产单位或部门管理绩效的一个指标，体现生产单位或部门的管理能力，即总标准工时与生产总工时的百分比。为了准确快捷填写生产计划表，现将需计算之工时与相关注意事项做说明。 一、工时计算方法 1、出勤工时：为实到人数与每日标准工作时间数（8小时）之乘积 2、受援工时：为接受支援人数与实际支援时间之乘积 3、加班工时：为加班人员与加班时间之乘积 4、实勤工时：出勤工时+受援工时+加班工时 5、除外工时：为当日非发生于生产之工时 6、生产总工时：实勤工时—除外工时 7、异常工时：为当日因各种因素造成生产部无法正产生产而耗费的人工工时。 8、总标准工时：为当日生产之各产品入库总数与各产品之单一标准工时之乘积之和。 9、异常工时：将影响当日生产所发生之状况分别填写实际时间 10、除外工时：将当日发生于生产中无法抗拒之工时，分别填写实际发生之工时。 11、生产工时：为当天生产此工令所发生的实际工时。 12、差异工时：为产出标准工时与生产工时之差 ※生产效率=总标准工时\生产总工时×100% ※总标准工时=产出数×单一产品标准工时 二、注意点 1、由于作业不良问题较多，造成的不良应有专门维修人员进行处理，不可返回前面工位重工，否则影响正常下拉速度，造成瓶颈现象，不可有此现象发生。作业不良重工时应填写重工工时。 2、新员工试用期间，应在在职培训栏注明，一般试用期为3个月，各领班应将新员工每段时间进行考核。特别为焊接工艺问题。新员工作业时其产能不能达到标准产能，影响生产效
率，应填写在职培训工时。 3、为了提高生产效率，领班应注意尽量减少转线，应将工令数少的工单（和KEY板）尽量安排在同一条生产线作业。注意填写转线时间。 4、测试线注意不良品的区分（挡机不良的，不用测试功能，所以其总标准工时会相应减少，其总生产工时一样减少）为了准确记录工时，请测试线领班注意区分。 5、由于电脑和治具有维修需求，所以领班应在最短的时间内知会相关人员进行维修，保证正常下拉。需填写故障等待时间。 企业经劳动行政部门批准以季为周期综合计算工时，若企业因生产任务需要，经商工会和劳动者同意，安排劳动者在该季的第1、2月份刚好完成了季总时的工作，第3个月整月休息。企业这样做应视为合法且没有延长工作时间。对于这种打破常规的工作时间安排，一定要取得工会和劳动者的同意，并且注意劳逸结合，切实保障劳动者身体健康。 工时计算方法应为： (1)工作日的计算。 年工作日：365天/年-104天/年(休息日)-10天/年(法定休假日)=251天/年 季工作日：251天/年÷4季=62.75天 月工作日：251天/年÷12月=20.92天 (2)工作小时数的计算。 以每周、月、季、年的工作日乘以每日的8小时
1.计算流水线的节拍 流水线、自动化流水线的节拍就是顺序生产两件相同制品之间的时间间隔。 它表明了流水线生产率的高低，是流水线最重要的工作参数。其计算公式如下：r=F/N 其中：r—流水线的节拍(分／件)，F—计划期内有效工作时间(分)，N—计划期的产品产量(件)．这里：F＝F0K，F0—计划期内制度工作时间(分)，K—时间利用系数。 确定系数K时要考虑这样几个因素：设备修理、调整、更换模具的时间，工人休息的时间。一般K取0.9—0.96，两班工作时间K取0.95，则F为：F＝FOK＝306×2×8×0．95 ×60＝279072(分) 计划期的产品产量N．除应根据生产大纲规定的出产量计算外，还应考虑生产中不可避免的废品和备品的数量。 当生产线、生产线制造上加工的零件小，节拍只有几秒或几十秒时，零件就要采用成批运输，此时顺序生产两批同样制品之间的时间间隔称为节奏，它等于节拍与运输批量的乘积。流水线采取按批运输制品时，如果批量较大，虽然可以简化运输工作，但流水线的在制品占用量却要随之增大。所以对劳动量大、制件重量大、价值高的产品应采用较小的运输批量；反之，则应扩大运输的批量。 进行工序同期化，计算工作地(设备)需要量 流水线的节拍确定以后，要根据节拍来调节工艺过程，使各道工序的时间与流水线的节拍相等或成整数倍比例关系，这个工作称为工序同期化。工序同期化是组织流水线的必要条件，也是提高设备负荷和劳动生产率、缩短生产周期的重要方法。 进行工序同期化的措施有： ①提高设备的生产效率。可以通过改装设备、改变设备型号、同时加工几 个制件来提高生产效率； ②改进工艺装备。采用快速安装卡具、模具，减少装夹零件的辅助时间； ③改进工作地布置与操作方法，减少辅助作业时间； ④提高工人的工作熟练程度和效率； ⑤详细地进行工序的合并与分解。首先将工序分成几部分，然后根据节拍 重新组合工序，以达到同期化的要求，这是装配工序同期化的主要方法。 工序同期化以后，可以根据新确定的工序时间来计算各道工序的设备需要量，它可以用下式计算： m(i)=t(i)/r 式中：mi—第i道工序所需工作地数(设备台数)，ti—第i道工序的单件时间定额（分）包括工人在传送带上取放制品的时间。一般来说，计算出的设备数不是整数，所取的设备数为大于计算数的邻近整数。若某设备的负荷较大，就应转移部分工序到其它设备上或增加工作时间来减少设备的负荷。
北京邮电大学 计算机学院 《计算机系统结构》课程实验 2015年4月
实验二指令流水线相关性分析 一、实验类别：验证实验 二、实验目的：通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现 象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。 三、实验学时：4 四、实验组人数：1/1 五、实验设备环境：WinDLX模拟器可以装入DLX汇编语言程序， 然后单步、设置断点或者连续执行该程序。CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以使用图形的方式表示出来。模拟器还提供了对流水线操作的统计功能。该模拟器对理解流水线和RISC处理器的特点很有帮助。 六、实验原理：指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相 关。相关影响流水线性能。 七、教学要点与学习难点：三种相关及其解决办法 八、实验内容和要求：使用WinDLX模拟器，对求阶乘程序Fact.s 做分析 九、实验步骤： （1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。 （2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。 （3）考察增加forward部件对性能的影响。 （4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销注意：除（2）以外，浮点加、乘、除部件都只有一个；本问题中所有浮点运算部件的延时都请设定为4个周期。
十、实验过程： 同实验一、选择File/Load Code or Data，窗口中会列出目录中所有汇编程序。按如下步骤操作，可将这两个文件装入主存。 ?点击fact.s ? 点击select 按钮?点击input.s ? 点击select按钮?点击load按钮 以下3个相关的观察实验（floating为1,4） 数据相关及指令组合： 在第27个周期里，Clock Cycle Diagram窗口的时空图和Pipeline窗口中的流图第一次出现了橘黄色的R-Stall。点击Pipeline的橘黄色框，出现的Information about seqi r5,r3,0xa中有图： lbu r3,0x0(r2)要在WB周期写回r3中的数据，而下一条指令seqi r5,r3,0xa 要在intEX周期中读取r3中的数据。发生了写读相关。所以为了避免冲突，seqi r5,r3,0xa的intEX指令延迟了一个周期进行。 相关指令组合 控制相关及指令组合： 在第四时钟周期，第一条命令正处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第四条命令处于IF段，而第三条命令处于"aborted"。
计算机并行计算的基本问题及现状 引言 工作中，我们总是希望我们自己工作得更有效率，用更少的时间解决更多的问题。在计算机里，这就是并行计算的基本初衷。全世界第一台计算机ENIAC中就己经出现了并行计算的概念。它有20个累加器，可以并发执行多个加减运算，可谓开并行计算的先河。在随后的20世纪五六十年代，由于晶体管和集成电器的发明，出现了更多更快的计算机。IBM是这一时期的主角，同期计算机编程语言的出现，由软件完成处理并行计算的思想进一步深化。但这一时期的计算还是大型机时代，没有几个平民能用得起这些昂贵的东西。计算机和软件技术还锁在研究院和大学校园里。 20世纪70年代，随着微电子技术的发展，出现了微型处理器(CPU)接着,1974年，全世界第一台个人电脑牛郎星顺利出炉。紧随其后，看到市场前景的苹果和IBM推波助澜，计算机开始进入个人时代。个人计算机同时又催生了软件业的高速发展，软件又带动CPU不断升级换代。这为并行计算摆脱高端路线，进入平民化时代打下了基础。 1并行计算的基本问题 1.1为什么需要并行计算 在个人计算机诞生后的几十年里，程序员们编写了大量的应用软件，这些软件决大部分了采用串行计算方法。所谓串行，是指软件在PC 上执行，在进入CPU前被分解为一个个指令，指令在CPU中一条条顺
序执行。任一时间内，CPU只能够运行一条指令。这种方式很符合我们对现实世界的思考习惯。至于软件的运行速度，则依赖硬件的处理能力，尤其CPU的处理速度。这种思维方式到了2005年遇到了挑战。在那一年，受限于制造CPU的半导体材料限制，左右CPU发展的摩尔定律开始失效了。但芯片业很快找到了一个变通的办法:在一块芯片中植入多个处理核心，通过多核的共同运算，提高运行速度。不幸的是，采用串行方法编写的软件面临着一个尴尬的局面:如果仍采用串行编程方式，运行速度将停滞不前。这样，原来需要CPU完成的提速工作，被迫需要软件自己来完成。在另一个领域:互联网，由于网络数据极速膨胀，数据量己经远远超过一台或者几台大型计算机的处理能力，需要更大数量的计算机协同完成。面对这些问题，主要的解决方案就是:并行计算。 1.2并行计算的涵义 并行计算目前还是一门发展中的学科。并行计算是相对串行计算而言的，并行计算可以分为时间上的并行计算和空间上的并行计算。 时间上的并行计算就是流水线技术，即采用指令预取技术，将每个指令分成多步，各步间叠加操作，当前指令完成前，后一指令准备就绪，缩小指令执行的时钟周期。典型的以时间换空间。 空间上的并行计算是指由多个处理单元(不仅是CPU)执行的计算，是以空间换时间。空间上的并行计算分为两类:单指令多数据流(SIMD)和多指令多数据流(MIMD) SIMD是流水技术的扩展，可以在一个时钟周期处理多个指令，我们