重叠方式与流水线比较图计算方法

(效率：3/8△t 效率：3/8)同步强化练习一．单项选择题。

1. 重叠机器局部相关的处理方法有两类：推后后续指令对相关单元的读和〔 C 〕。

A.异步流动B.采用顺序流动C.设置相关直接通路D.调整指令流动的顺序2. CRAY-1的流水线是〔 C 〕。

A. 多条单功能流水线B.一条单功能流水线C.一条多功能流水线D.多条多功能流水线3. 指令间的“一次重叠〞是指〔 B 〕。

A.“K 执行〞与“1+K 取指〞重叠B.“1+K 分析〞与“K 执行〞重叠C.“1+K 取指〞与“K 分析〞重叠D. “K 分析〞与“1+K 执行〞重叠4. 指令缓冲器的容量越大，发生指令相关的概率将〔 A 〕。

A.增大B.降低C.不变D.不定5. “取指〞、“分析〞、“执行〞之间的流水属于〔 B 〕。

A.系统级流水B.处理机级流水C.部件级流水D.作业级流水6. 非线性流水线是指〔 B 〕。

A.流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同B.一次运算中要屡次使用流水线中的某些功能段C.一次运算中使用流水线的多个功能段D.流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合7. 关于标量流水机的说法有错的是〔 B 〕。

A.没有向量数据表示B.不能对向量数据进展运算C.可对标量数据进展流水处理D.可以对向量、数组进展运算8. 与流水线最大吞吐率有关的是〔 D 〕。

A.最后子过程的时间B.各个子过程的时间C.最快子过程的时间D.最慢子过程的时间9. 在流水线的相关处理中，会发生“写一写〞相关和“先读后写〞相关的是〔 C 〕。

A.猜想法B.顺序流动C.异步流动D.相关专用通路10. 在流水机器中，全局性相关是指〔 D 〕。

A.先读后写相关B.指令相关C.先写后读相关D.由转移指令引起的相关11. IBM360/91机对指令中断的处理方法是〔 A 〕。

A.不准确断点法B.指令复执法C.准确断点法D.对流水线重新调度12. CRAY-1机的两条向量指令V1←V2+V3V4←V1*V5属于〔 B 〕。

计算机组成与体系结构——流⽔线相关知识点（常考计算） 流⽔线是软考中经常考的⼀部分内容，并且常以要求计算的形式出现，所以，这⾥详细总结⼀下流⽔线的相关知识点。

流⽔线的概念 流⽔线是指在程序执⾏时多条指令重叠进⾏操作的⼀种准并⾏处理实现技术。

即可以同时为多条指令的不同部分进⾏⼯作，以提⾼各部件的利⽤率和指令的平均执⾏速度。

我们都知道，在执⾏⼀条指令的过程中，最少要经历取指分析执⾏三个步骤，也就是说，假设有三个指令1 、2、 3，当我们在正常情况下，在执⾏指令1的时候，会⾸先对指令1按照以上三个步骤进⾏处理，处理完毕后在对指令2进⾏处理，以此类推。

⽽流⽔线的应⽤，就是像我们在⼯⼚中⼀样，当对指令1进⾏分析⼯作时，同时对指令2进⾏取指，继续执⾏，当指令1到达执⾏阶段时，指令2进⼊分析阶段1同时对于指令3进⾏取指处理，这样就⼤⼤增加了对于时间的利⽤率。

流⽔线的计算 1、流⽔线的执⾏时长 ①关于流⽔线的周期，我们需要知道的是，流⽔线周期（△t）为指令执⾏阶段中执⾏时间最长的⼀段。

②流⽔线的计算公式为： 完成⼀条指令所需的时间+（指令条数-1）*流⽔线周期，在这个公式中，⼜存在理论公式和实践公式。

理论公式： 实践公式：（k+n-1）*△t k为⼀条指令所包含的部分的多少 例题：若指令流⽔线⼀条指令分为取指、分析、执⾏三个阶段，并且这三个阶段的时间分别为取指1ns，分析2ns，执⾏1ns，则流⽔线的周期为多少？100条指令全部执⾏完毕需要执⾏的时间是多少？ 分析：上⾯已经说过，流⽔线的周期为花费时间最长的阶段所花费的时间，所以流⽔线的周期就是2ns。

根据理论公式，T=（1+2+1）+（100-1）*2=4+99*2=202ns 根据实践公式，T=（3+100-1）*2=204ns 在这⾥，需要注意的是，因为流⽔线的理论公式和实践公式的结果不⼀样，但是在考试过程中可能都会考到，所以，在应⽤时，先考虑理论公式，后考虑实践公式。

若指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行三部分，且三部分的时间分别是t取指=2ns ，t 分析=2ns，t 执行=1ns。

则100 条指令全部执行完毕需 (4) ns。

(4)A．163 B．183 C．193 D．203 答案：D本类题有两类:第一类是各指令段,有同步时间,即有指令流操作周期.当某指令段执行完毕后,必须等到下一个操作周期来临时,才能执行下一条指令的相同段.第一题与2005年的题就是这样.其计算公式是:(指令所分段数-1)*指令流操作周期 +指令数*指令流操作周期.第二类是各指令段,没有同步时间,每段执行完毕,不需要等待,直接执行下一条执令相同的段.2006的题就是这个.其计算方法是第一条指令执行时间+(指令数-1)*各指令段执行时间中最大的执行时间==========================================================本题为第二类：（2+2+1）+（100-1）*2=203指令流水线的计算1.现有四级指令流水线，分别完成取指、取作的时间依次为数、运算、传送结果四步操作。

若完成上述操9ns、10ns、6ns、8ns。

则流水线的操作周期应设计为（1）n s。

（1）A．6B．8C．9D．10试题解析：取最大的那个微指令时间作为流水线操作周期。

答案：D2.若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步。

已知取指时间t取指=4△t，分析时间t分析=3△t，执行时间t执行=5△t。

如果按串行方式执行完100条指令需要（2）△t。

如果按照流水方式执行，执行完100条指令需要（3）△t。

（2）A．1190B．1195C．1200D．1205（3）A．504B．507C．508D．510试题解析：串行执行时，总执行时间=100×（t取指+ t分析+ t执行）=100×12△t=1200△t。

连续两条指令的执行时间差为t执行= 5△t，因此100条指令的总执行时间=（t取指+ t分析+ t执行）+99×t执行= 507△t。

指令的重叠执行方式指令的重叠执行方式（Overlapping Instruction Execution）是计算机组成中经常使用的一种技术，特别是在多核或多线程处理器中。

顾名思义，指令的重叠执行方式就是在执行当前指令时，同时还执行下一条指令的一种方式。

这种技术的主要目的是提高处理器的并发性和吞吐量。

1. 流水线执行：流水线执行是指将处理器的执行过程分成多个阶段，每个阶段执行不同的或同一的指令，这样就可以在同一时刻执行多条指令。

流水线执行的主要优点是提高了处理器的吞吐量，但也存在一些问题，如分支预测错误、数据相关等因素会导致流水线执行效率降低。

2. 超标量执行：超标量执行是指同一时刻可以执行多条指令的一种方式。

这种方式能够充分利用现代处理器的多个执行单元从而提高处理器的并发性和吞吐量。

超标量执行的主要难点是如何发现并利用指令之间的并行性和充分利用处理器的执行资源。

3. 动态指令调度：动态指令调度是指在处理器执行过程中发现并调度可以并行执行的指令的一种方式。

这种方式通过硬件调度来提高指令执行的并发性和吞吐量。

动态指令调度的主要难点是如何在不增加处理器复杂度的情况下寻找可以并行执行的指令序列。

5. 指令长流执行：指令长流执行是指将多条指令组成一条长指令，在执行过程中，可以在不停顿的情况下执行多个指令的一种方式。

这种方式通过识别指令之间的依赖性来组合指令，从而充分利用处理器资源。

总之，指令的重叠执行方式是现代计算机体系结构中重要的技术之一，通过利用并发性和吞吐量来提高处理器的性能，实现指令的高效执行。

同时，这种方式也带来了一些问题，如处理器的复杂度提高、数据相关等，需要通过改进处理器体系结构和加强指令调度来克服这些问题。