高级流水线-超长指令字

原题目：指令集体系结构的分类与比较引言指令集体系结构指的是计算机中用于执行指令的硬件和软件的组合方式。

不同的指令集体系结构对计算机程序的编写、执行和性能都有着不同的影响。

本文将对指令集体系结构进行分类，并对各种指令集体系结构进行比较。

指令集体系结构的分类常见的指令集体系结构主要有以下几类：1. 精简指令集（RISC）体系结构：RISC体系结构以简化指令为特点，将指令集精简为少量、固定长度的指令。

它注重简化指令的执行时间，减少指令的执行周期，以提高指令的执行效率。

常见的RISC体系结构有ARM和PowerPC等。

2. 复杂指令集（CISC）体系结构：CISC体系结构以实现复杂指令为特点，将指令集设计为丰富多样、灵活可变的指令。

它注重减少指令数量，提高编写程序的便利性，但由于指令复杂，执行时间会相对较长。

常见的CISC体系结构有x86和MIPS等。

3. 超长指令字（VLIW）体系结构：VLIW体系结构在指令流水线的基础上，通过编译器将多个指令捆绑为一条宽指令，以提高指令级并行度。

它注重编译器的优化和指令的同时执行，以提高程序的性能。

常见的VLIW体系结构有Itanium和EPIC等。

4. 特定领域指令集（DSP）体系结构：DSP体系结构主要针对数字信号处理领域的需求，将指令集设计为高度优化的专用指令，以提高数字信号处理的效率。

常见的DSP体系结构有TI TMS320和Motorola DSP等。

指令集体系结构的比较不同的指令集体系结构在性能、功耗、编程模型、兼容性等方面存在差异。

1. 性能：RISC体系结构在指令执行速度方面相对较快，适合于需要较高计算能力的应用；CISC体系结构则在编写程序的便利性和指令数量方面相对优势，适合于需要灵活指令和多功能性的应用。

2. 功耗：RISC体系结构通常具有较低的功耗，适合于功耗敏感的移动设备；CISC体系结构由于指令复杂，功耗相对较高，适合于高性能计算机系统。

3. 编程模型：RISC体系结构通常采用Load/Store指令模型，需要通过专门的Load/Store指令对寄存器和内存进行数据传输；CISC体系结构采用的是内存-寄存器指令模型，可以直接对内存进行操作。

一、简答题1. 试述现代计算机系统的多级层次结构。

答：现代通用的计算机系统是由紧密相关的硬件和软件组成的。

从使用语言的角度，可以将系统看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构。

层次结构由高到低分别为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、 操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。

应用语言机器级：是为满足专门的应用设计的。

使用面向某种应用的应用语言编写的程序一般是经应用程序包翻译成高级语言程序后，再逐级向下实现。

高级语言机器级：其上的程序可以先用编译程序整个翻译成汇编语言程序或机器语言程序，再逐级或越级向下实现，也可以用汇编语言程序、机器语言程序，甚至微指令语言程序解释实现。

汇编语言机器级：则是先用汇编程序整个将它变换成等效的二进制机器语言目标程序，再在传统机器级上实现。

操作系统机器级：提供了传统机器级所没有，但为汇编语言和高级语言使用和实现所用的基本操作、命令及数据结构。

传统机器级：采用组合逻辑电路控制，其指令可直接用硬件来实现,也可以采用微程序控制，用微指令(程序来解释实现。

微指令直接控制硬件电路的动作。

2. 试述RISC 设计的基本原则和采用的技术。

答：（一）RISC 设计的基本原则：(1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的那些指令，再增加少量能有效支持操作系统、高级语言实现及其他功能的指令，大大减少指令条数，使之一般不超过100条。

(2)减少指令系统所用寻址方式种类，一般不超过两种。

(3)让所有指令都在一个机器周期内完成。

(4)扩大通用寄存器数，一般不少于32个，尽量减少访存，所有指令只有存(STORE)、取(LOAD)指令访存，其他指令一律只对寄存器操作。

(5)为提高指令执行速度，大多数指令都用硬联控制实现，少数指令才用微程序实现。

(6)通过精简指令和优化设计编译程序，简单有效地支持高级语言的实现。

（二）RISC 设计采用的技术：(1)按设计RISC 的一般原则来设计。

计算机体系结构的发展历程计算机体系结构是指计算机中各个组成部分的组织方式和相互连接关系，它决定了计算机的功能和性能。

随着计算机技术的不断发展，计算机体系结构也经历了多次演进和革新。

本文将为您介绍计算机体系结构的发展历程，从最早的冯·诺依曼体系结构到现代的并行计算体系结构。

一、冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的鼻祖，由冯·诺依曼于1945年提出。

其主要特点是将数据和指令以同等地位存储在存储器中，通过控制器和运算器的协作来实现计算机的运算功能。

冯·诺依曼体系结构由五个基本部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

二、批处理计算机随着计算机技术的发展，人们对计算机的应用需求也越来越高。

在20世纪50年代和60年代，批处理计算机开始出现，采用了批处理方式进行运算。

批处理计算机顺序地执行一系列任务，无需人工干预。

该体系结构采用分时操作系统，将计算机资源合理分配给多个用户，提高了计算机的利用率。

三、指令流水线指令流水线是20世纪60年代末和70年代初提出的一种计算机体系结构，旨在提高计算机运算速度。

它将指令的执行分为多个步骤，并行地执行不同的指令步骤，从而实现多条指令的同时执行。

指令流水线大大提高了计算机的运算效率，广泛应用于各个领域。

四、超标量和超长指令字超标量和超长指令字是为了进一步提高计算机的性能而提出的两种计算机体系结构。

超标量体系结构通过增加硬件资源提高指令并行度，实现多条指令的同时执行。

超长指令字体系结构通过将多条指令打包成一条长指令，在一次指令的执行过程中完成多条指令的操作，从而提高计算机的指令级并行度。

五、并行计算体系结构随着计算机应用对计算能力的需求不断增加，并行计算成为了计算机体系结构的一个重要发展方向。

并行计算体系结构将计算任务分为多个子任务，由多个处理器并行地执行，从而提高计算机的运算速度。

并行计算体系结构广泛应用于高性能计算、人工智能等领域。

指令流⽔线流⽔线指令如果可以⼀个重复的过程分解成若⼲个⼦过程，每个⼦过程可以和其他的⼦过程并⾏；⼀条指令的执⾏可以分成多个阶段，根据计算机的不同，具体的分法也不同；例如之前总结的⼀个指令的执⾏可能分成如下⼏个阶段1. 取址阶段2. 间址阶段3. 执⾏阶段4. 中断阶段举个例⼦，某个指令执⾏3个阶段，每个阶段执⾏都是时间t，执⾏n次顺序执⾏： 3*n*t⼀次重叠执⾏ t + 2*n*t⼆次重叠执⾏：2t + n*t流⽔线⽅式的特点：1. 把⼀个任务分解成⼏个有联系的⼦任务，每个⼦仍⽆都是⼀个专门的功能部件来执⾏；多个部件并⾏来缩短时间；2. 每个部件都要有⼀个缓冲寄存器，锁存器，⽤来保存流⽔线执⾏的指令结果；3. 各个功能端尽量时间相等，否则会引起堵塞，断流；4. 同⼀类任务，连续任务5.流⽔线有装⼊时间和排空时间，第⼀个任务进⼊到流⽔线道输出流⽔线的时间，排空时间是最后⼀个任务进⼊到排除流⽔线的时间；根据不同的分类⽅式，流⽔线可以分成如下的不同种类：部件级别流⽔线：算术逻辑运算，例如浮点数加法-> 求阶差，对阶，尾数相加，规格化 4个流程处理器级别的流⽔：取指，译码，执⾏，访存，写回处理间级别的流⽔：宏流⽔，每个处理机都完成⼀个单独的任务，结果存放在下⼀个处理器共享的储存器中按照功能种类分单功能流⽔：只能使⽤⼀种固定专门功能的流⽔线；多功能流⽔：不同连接⽅式可以同时或者不同时实现多种功能的流⽔线；按照各个段之间的连接⽅式动态流⽔线：各段只能同⼀种功能连接⽅式⼯作静态流⽔线：某些段某种运算时，另⼀些段进⾏另⼀种运算按照是否有反馈信号线性流⽔线：从输⼊到输出每个段只允许经过⼀次，不存在反馈回路⾮线性流⽔线：存在反馈回路，某些段数次通过流⽔线，线性递归运算流⽔线性能指标1. 流⽔线吞吐率单位时间内流⽔线完成的任务数量；TP = n/Tk；对于理想的流⽔线时间 Tk=(k+n-1)dT2. 流⽔线的加速⽐不使⽤流⽔线的时间和使⽤流⽔线的时间⽐值S=T0/Tk对于理想的流⽔线作业 S=kn/(k+n-1);3.流⽔线的效率E=n个任务占⽤的时空有效⾯积/n个任务所⽤的时间和k个流⽔段围成时空区总⾯积；影响流⽔线性能的因素1. 多条指令在同⼀时刻真多资源⽽形成的冲突叫做资源冲突2. 相关问题：相邻指令间存在关联，使得流⽔线停顿：2.1 数据冲突（数据冒险）下⼀条指令会⽤到这⼀条指令的结果，数据冒险指令，如果多条指令重叠会出现冲突；1）后续指令暂停⼀到两个时钟周期，硬件阻塞stall软件插⼊NOP⽅法；2）专⽤通路，不写回寄存器直接结果作为输⼊数据，数据旁路技术3）指令编译优化，调整指令顺序2.2 控制冲突（控制冒险）指令在确定下⼀条指令位置，例如发⽣转移调⽤返回等会改变PC值，造成断流1）分⽀预测，今早⽣成转移⽬标地址，静态预测动态预测；2）预取转移成功或者不成功的⽬标指令3）加快提前形成条件码4）提⾼转移⽅向的猜准率cache缺失处理过程也会造成流⽔线阻塞超标量流⽔线1. 超标量流⽔线技术每个时钟周期并发多个独⽴指令，⽤并⾏的操作⽅式将两条或者多条指令编译并执⾏；需要多个功能部件2. 超流⽔线技术在⼀个时钟周期内，⼀个功能部件使⽤多次，不调整执⾏顺序，编译程序解决优化问题3. 超长指令字：挖掘出指令间潜在的并⾏性，多个指令组合成⼀条具有多个操作码字段的超长指令字(多达⼏百位)，需要多个处理部件。

习题1．给出以下概念的解释说明。

指令流水线（Instruction pipelining）流水线深度（Pipeline Depth）指令吞吐量（Instruction throughput）流水线冒险（Hazard）结构冒险（Structural hazard）控制冒险（Control hazard）数据冒险（Data hazard）流水线阻塞（Pipeline stall）气泡（Bubble）空操作（nop）分支条件满足（Branch taken）分支预测（Branch predict）静态分支预测（Static predict）动态分支预测（Dynamic predict）延迟分支（Delayed branch）分支延迟槽（Delayed branch slot）转发（Forwarding）旁路（Bypassing）流水段寄存器（Pipeline register）IPC（Instructions Per Cycle）静态多发射（Static multiple issue）动态多发射（Dynamic multiple issue）超流水线（Superpipelining）超长指令字VLIW超标量流水线（Superscalar）动态流水线（Dynamic pipelining）指令预取（Instruction prefetch）指令分发（Instruction dispatch）按序发射（in-order issue）无序发射（out-of-order issue）存储站（Reservation station）重排序缓冲（Reorder buffer）指令提交单元（Instruction commit unit）乱序执行（out-of-order execution）按序完成（in-order completion）无序完成（out-of-order completion）2. 简单回答下列问题。

微机原理一、名词解释FLOPS：每秒所执行的浮点运算次数。

MIPS：每秒百万条指令。

RISC技术：精简指令集计算机。

计算机组成：是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

存储容量：是指存储器可以存放的二进制代码的总位数。

总线：连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。

总线宽度：数据总线的根数。

存取时间：启动一次存储器操作到完成该操作所需全部时间。

空间局部性：一旦一个存储单元被访问，那么它临近单元也将很快被访问。

存取周期：存储器进行连续两次独立的存储操作，所需的最小间隔时间。

时间局部性：一旦一个指令被执行了，在不久的将来它可能再被执行。

中断：计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行的程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序。

寻址方式：确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法。

取指周期：取指阶段完成取指令和分析指令操作。

指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间。

二、简答题1.冯诺依曼计算机的特点(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。

(2)指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。

(3)指令和数据均用二进制数表示。

(4)指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

(5)指令在存储器内按顺序存放。

(6)机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器之间的数据传送通过运算器完成。

2.简述系统总线的概念，按系统总线传输信息不同分为哪三类并说明各自用途。

系统总线是指CPU、主存、I/O设备，各大部件之间的信息传输线。

1）数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关。

超标量、超级流水线、超长指令字、向量机记得本科学计算机系统结构时，在了解了流水线这一用于提高cpu处理速度的方法后，书中还介绍了一些其他的结构，这些结构一般用于较高性能的计算机中(呵呵,嵌入式系统中我还没看到,连multi issue的cpu都不多)，包括：超标量（Super Scalar）、超级流水线（Super Pipeline）、超长指令字（VLIW）、和向量机。

这些概念我总混淆，现在随着理解的深入，已经完全知道了它们各自的特点，写点简要的介绍，贴在这里。

1、超标量（Super Scalar)将一条指令分成若干个周期处理以达到多条指令重叠处理,从而提高cpu部件利用率的技术叫做标量流水技术.超级标量是指cpu内一般能有多条流水线,这些流水线能够并行处理.在单流水线结构中,指令虽然能够重叠执行,但仍然是顺序的,每个周期只能发射(issue)或退休(retire) 一条指令.超级标量结构的cpu支持指令级并行,每个周期可以发射多条指令(2-4条居多).这样,可以使得cpu的IPC(Instruction Per Clock) > 1, 从而提高cpu处理速度.超级标量机能同时对若干条指令进行译码，将可以并行执行的指令送往不同的执行部件,在程序运行期间，由硬件(通常是状态记录部件和调度部件)来完成指令调度.超级标量机主要是借助硬件资源重复(例如有两套译码器和ALU等)来实现空间的并行操作.我们熟知的pentium系列(可能是p-II开始),还有SUN SPARC系列的较高级型号,以及MIPS若干型号等都采用了超级标量技术.2、超级流水线（Super Pipeline)超级流水线又叫做深度流水线，它是提高cpu速度通常采取的一种技术。

CPU处理指令是通过Clock来驱动的，每个clock完成一级流水线操作。

每个周期所做的操作越少，那么需要的时间久越短，时间越短，频率就可以提得越高。

所以超级流水线就是将cpu处理指令是得操作进一步细分，增加流水线级数来提高频率。

硬件基础名词解释流水线技术:将功能部件分离、执行时间重叠的一种技术，它可以在增加尽可能少的硬件设备情况下有效地提高CPU性能。

超流水线技术:把流水段进一步细分，使各段的功能部件在每个时钟周期内被使用多次，这样，在一个时钟周期内多条指令流入流水线，即在一个基本时钟周期内分时发射多条指令。

超标量:超标量处理器是指在处理器中安排多个指令执行部件，多条指令可以被同时启动和独立执行。

多核技术:在一个处理器封装中包含多个处理器核心。

超长指令字: VLIW中编译器经过优化策略，将多条能并行执行的指令合并成一条具有多个操作码的超长指令。

微程序：完成指定任务的微指令序列称为微程序。

微程序存储器：存放计算机指令系统所对应的所有微程序的一个专门存储器。

通道程序：通道控制器和I/O处理器可以独立地执行一系列的I/O操作，I/O操作序列被称为I/O通道程序。

指令系统：一台计算机能执行的机器指令全体称为该机的指令系统。

堆栈：堆栈是一种按特定顺序访问的存储区；其特点是后进先出(LIFO)或先进后出(FILO)。

输入输出系统：通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道或I/O处理器以及I/O软件统称为输入输出系统。

接口：接口是CPU与“外部世界”的连接电路，负责“中转”各种信息。

中断：由于内部/外部事件或由程序的预先安排引起CPU暂停现行程序，转而处理随机到来的事件，待处理完后再回到被暂停的程序继续执行，这个过程就是中断。

中断系统：是计算机实现中断功能的软、硬件的总称。

中断向量：把中断服务程序的首址PC和初始PSW称为中断向量。

数据通路：数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路。

寻址方式：指定当前指令的操作数地址以及下条指令地址的方法称为寻址方式。

有效地址：数据实际存在的存储器地址。

波特率：单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒（b/s）表示，也称为数据位率。

它是衡量串行通信速率的重要指标。

指令助记符：为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。

中央处理器CPU——指令流⽔线指令流⽔线概念：⼀条指令的执⾏过程划分为不同阶段，占⽤不同硬件资源，多条指令重叠操作实现并⾏处理1.顺序执⾏：⼜称串⾏执⾏⽅式；传统的冯诺依曼机器优点:控制简单，硬件代价⼩缺点：速度慢，各功能部件利⽤率低2.⼀次重叠执⾏⽅式：优点：时间缩短三分之⼀，各功能部件利⽤效率提⾼缺点：控制复杂，硬件开销增⼤3.⼆次重叠执⾏⽅式：优点：时间缩短三分之⼆，理想状态指令执⾏过程图:⽤于分析指令执⾏过程和影响流⽔线因素时空图：⽤于分析流⽔线的性能吞吐率TP:单位时间内流⽔线完成的任务数量或输出结果的数量加速⽐S：同⼀任务下，不使⽤流⽔线⽤时与使⽤流⽔线⽤时之⽐效率E：流⽔线的设备利⽤率锁存器（缓冲寄存器）：作⽤是保存本流⽔段的执⾏结果，提供给下⼀流⽔段使⽤。

影响因素：结构相关（资源冲突）：多条指令同⼀时间争⽤同⼀资源解决：1.后⼀相关指令暂停⼀周期；2.资源重复配置（数据存储器+指令存储器）数据相关（数据冲突）：在⼀个程序中，上⼀条指令执⾏完才能执⾏下⼀条指令（这两条指令即为数据相关）解决：将数据相关的指令和后续指令暂停时钟周期到问题消失再执⾏；1.硬件阻塞stall和软件插⼊NOP；2.数据旁路技术；3.编译优化：通过编译器调整指令顺序控制相关（控制冲突）：转移指令和改变PC值的指令造成断流解决：1.尽早判别转移是否发⽣，尽早⽣成转移⽬标地址2．预取转移成功和不成功两个控制流⽅向上的⽬标指令3．加快和提前形成条件码4．提⾼转移⽅向的猜准率流⽔线的分类1.根据流⽔线使⽤级别:部件功能级、处理机级和处理机间级流⽔线部件功能级流⽔：将复杂的算术逻辑运算组成流⽔线⼯作⽅式处理机级流⽔：把⼀条指令解释过程分成多个⼦过程，如取指、译码、执⾏、访存及写回5个⼦过程。

处理机间流⽔：是⼀种宏流⽔，其中每⼀个处理机完成某⼀专门任务，各个处理机所得到的结果需存放在与下⼀个处理机所共享的存储器中2，按流⽔线可以完成的功能分为：单功能流⽔线和多功能流⽔线单功能流⽔线：指只能实现⼀种固定的专门功能的流⽔线；多功能流⽔线：指通过各段间的不同连接⽅式可以同时或不同时地实现多种能的流⽔线。

指令级流水指令级并行计算机体系结构Report2指令级流水和指令级并行——永无休止的“完美”追求戚洪源目录一、性能瓶颈来源 (4)1、单周期、多周期MIPS结构性能瓶颈 (4)2、简单的五级流水MIPS性能瓶颈来源 (4)相关 (4)冲突 (5)二、突破瓶颈的可能性 (5)三、性能提升的具体方法 (6)1、简单的硬件实现方法 (6)定向技术 (6)投机 (6)2、基于软件（编译器）的静态调度方法 (7)预测分支 (7)3、软硬件结合的动态调度方法 (8)Tomasulo算法 (8)动态分支预测 (8)4、多指令流出 (9)基于静态调度的多流出技术 (9)基于动态调度的多流出技术 (9)超长指令字技术 (10)超流水线技术 (10)5、循环展开和指令调度 (10)四、总结 (10)摘要：有人说，如果计算机科学与技术是一座金字塔，位于塔尖的一定是高性能计算。

从计算机诞生至今，每一次进步都是对于计算机性能极限的一次刷新。

人类对于计算性能日益膨胀的需求，前沿科技对于高性能计算的考验，都促使这一领域不断发展。

单纯硬件技术上的改革是非常重要的：主频的提高、稳定的晶体管……但我们同样惊艳于并行技术在其中发挥的神奇的作用。

各种并行技术犹如催化剂一般，使提高计算机性能的进程大大加快。

这些技术的应用，不断挖掘着计算机潜在的性能，也让人类在一条追求“完美”的道路上不断前行。

何谓“完美”？这是一个看起来复杂实际上非常简单的问题。

“完美”，就是让计算机每一个部件每时每刻全负荷运作，发挥最高的性能。

看似简单，但却很难实现，也不可能实现。

并行技术的发展，也是追求“完美”的尝试。

然而程序“性本恶”，程序本身的许多特性为并行化带来了不小的麻烦。

我们其实是在和自己斗争。

“榨干计算机每一滴性能”，这是ASC15上浪潮集团首席科学家王恩东演讲时说的一句话。

在我看来，不论是指令级流水还是指令级并行，目的都是为了“榨干计算机每一滴性能”。

1. 假设有一条长流水线，仅仅对条件转移指令使用分支目标缓冲。

假设分支预测错误的开销为4个时钟周期，缓冲不命中的开销为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？ 参考答案：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。

2. 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为： 部件加速比1=30； 部件加速比2=20 部件加速比3=10 ① 如果部件2和部件3的可改进比例均为30%，那么当部件 1的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？②如果三个部件的可改进比例分别为20%、10%和30%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 参考答案：解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展：∑∑+-=iii n S F F S )1(1已知S 1＝30，S 2＝15，S 3＝15，S n ＝10，F 1＝0.3，F 2＝0.3，得：）（）（10/20/0.330/0.30.30.3-111033F F +++++=得F 3＝0.36，即部件3的可改进比例为36%。

（2）设系统改进前的执行时间为T ，则3个部件改进前的执行时间为：（0.3+0.3+0.2）T = 0.8T ，不可改进部分的执行时间为0.2T 。

VLIW（Very Long Instruction Word）结构是一种计算机体系结构，其中指令被组织成超长指令字形式。

这种结构的主要特点是可以在单个时钟周期内执行多个指令，从而提高指令的并行性和性能。

在VLIW结构中，指令被组织成一个指令流水线，其中每个指令被分成多个阶段。

每个阶段都有一个特定的功能，例如取指令、解码、执行、存储等等。

这些阶段被组织成一个指令流水线，可以同时执行多个指令。

VLIW结构的优点是可以提高指令的并行性和性能。

由于指令被组织成超长指令字形式，因此可以在单个时钟周期内执行多个指令。

这可以减少指令的执行时间，并增加处理器的吞吐量。

此外，由于指令被组织成流水线形式，因此可以同时执行多个指令，从而提高指令的并行性和性能。

VLIW结构的缺点是需要精确的指令调度和流水线管理，以确保指令的正确执行和性能优化。

此外，由于指令被组织成超长指令字形式，因此需要更长的指令字，从而增加指令缓存的容量和复杂度。

VLIW结构在某些应用领域中具有优势，例如数字信号处理和多媒体处理。

它可以提高这些应用领域中的性能和效率，因为这些应用需要大量的并行计算和数据处理。

系统结构名词解释（3）系统结构名词解释结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。

数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。

控制冲突：流水线遇到分支指令或其它会改变PC值的指令所引起的冲突。

定向：用来解决写后读冲突的。

在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。

如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。

写后读冲突：考虑两条指令i和j，且i在j之前进入流水线，指令j用到指令i的计算结果，而且在i将结果写入寄存器之前就去读该寄存器，因而得到的是旧值。

读后写冲突：考虑两条指令i和j，且i在j之前进入流水线，指令j的目的寄存器和指令i的源操作数寄存器相同，而且j在i读取该寄存器之前就先对它进行了写操作，导致i读到的值是错误的。

写后写冲突：考虑两条指令i和j，且i在j之前进入流水线，，指令j和指令i的结果单元（寄存器或存储器单元）相同，而且j在i写入之前就先对该单元进行了写入操作，从而导致写入顺序错误。

这时在结果单元中留下的是i写入的值，而不是j写入的。

链接技术：具有先写后读相关的两条指令，在不出现功能部件冲突和Vi冲突的情况下，可以把功能部件链接起来进行流水处理，以达到加快执行的目的。

分段开采：当向量的长度大于向量寄存器的长度时，必须把长向量分成长度固定的段，然后循环分段处理，每一次循环只处理一个向量段。

半性能向量长度：向量处理机的性能为其最大性能的一半时所需的向量长度。

向量长度临界值：向量流水方式的处理速度优于标量串行方式的处理速度时所需的向量长度的最小值。

4.1解释下列术语指令级并行：简称ILP。

是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。

指令调度：通过在编译时让编译器重新组织指令顺序或通过硬件在执行时调整指令顺序来消除冲突。