系统结构流水线向量作业答案

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时间:2018-07-08

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1、4、1一条线性静态多功能流水线由6个功能段组成,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,每个功能段的执行时间均为Δt,流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路,且设置有足够的缓冲寄存器。试用尽可能短的时间计算画出流水线时空图,并计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。解:为了避免流水线的“先写后读”相关,使流水线完成计算的时间尽可能短,采用下述算法计算F:(a1×b1+a2×b2)+(a3×b3+a4×b4)+(a5×b5+a6×b6)按先乘后加、先括号内后括号外的优先次序

2、,上述计算F的过程需要先做6次乘法,用1~6表示;再做3个括号内的3次加法,用7~9表示;最后做括号外的2次加法,用10~11表示。流水线时空图如下:4、2在一个5段的流水线处理机上需经9Δt才能完成一个任务,各段执行时间均为Δt,任务处理过程对各段使用时间的预约表如下表所示。(1)画出流水线的状态有向图,并由状态图得出流水线的最优调度策略和最大吞吐率。(2)按最优调度策略输入6个任务,求流水线的实际吞吐率、加速比和效率解:1、禁止表F=(8,4,3,1),由禁止表可得出初始冲突向量:C0=(10001101)

3、,然后运算状态有向图:最优调度策略是(2,5),流水线的最大吞吐率就是最优调度策略的最大吞吐率,有TPmax=1/3.5ΔtE=6*11/5*125=0.5284、3设有一台时钟频率为f=200MHz的向量流水处理机,其中,向量加流水处理部件完成一次加运算需要6个时钟周期,向量乘流水处理部件完成一次乘运算需要7个时钟周期,访存流水处理部件对存储器读/写一个数据需要12个时钟周期,所有流水处理部件对向量元素的处理需要1个时钟周期。V为向量寄存器,S为标量寄存器,向量长度为n。处理机执行下述向量指令序列:V1←存储

4、器V2←V1×SV3←存储器V4←V2+V3存储器←V4(1)处理机顺序执行各向量指令且不链接,若n=64,计算处理机的执行时间。(2)若向量元素都是浮点数,计算处理机执行该指令序列的MFLOPS速率。(3)若指令序列在标量处理机上以顺序方式执行,忽略向量横向处理的循环控制等时间开销,计算标量处理机的执行时间,并计算向量流水处理机相对标量处理机的加速比。解:1、顺序执行T=1+12+1+64-1+1+7+1+64-1+1+12+1+64-1+1+6+1+64-1+1+12+1+64-1=374Δt=187×10

5、–8s2、MFLOPS=2*64/(187*10–8s*106)=683、5条向量指令在标量处理机上以顺序方式处理,各自需要的处理时间分别为:T1=64×12Δt=768ΔtT2=64×7Δt=448ΔtT3=64×12Δt=768ΔtT4=64×6Δt=384ΔtT5=64×12Δt=768Δt标量处理机顺序执行所需要的时间为:T=T1+T2+T3+T4+T5=3136Δt=3136×5×10–9s=1568×10–8s加速比为:Sp=1568×10–8/187×10–8=8.394、4设向量流水处理机向量长

6、度均为32,S为标量寄存器,V为向量寄存器。设启动功能部件(包括存储器)需要时间Δt,一个数据打入寄存器需要时间Δt,从存储器读/写一个数据需要时间6Δt,完成一对数据的加运算需要时间6Δt,完成一对数据的乘运算需要时间7Δt。问下列各指令组中,哪些指令可以同时并行?哪些指令可以链接?分别计算各指令组的执行时间。解:1、全并行1+7+1+32-1=40Δt2、1,2,3并行,然后第4条串行1+6+1+32-1+1+7+1+32-1=79Δt3、1,2并行,然后与3,4链接1+6+1+1+7+1+1+6+1+32

7、-1=56Δt4、1,2链接,然后3,然后4串行1+6+1+1+6+1+32-1+1+7+1+32-1+1+7+1+32-1=127Δt

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