计算机体系结构-hw8

计算机体系结构-hw8

Problem 1

注：做这道题需要了解一些前置的知识

上图表明了一些指令在一些阶段做了什么事情。

• 如果存在旁路硬件：
  • 如果该指令不是访存指令，且存在真数据相关，那么相关的寄存器的值是在ALU阶段完成后取得
  • 如果该指令是访存指令，且存在真数据相关，那么相关的寄存器的值是在DM阶段完成后取得
• 如果不存在旁路硬件：
  • 无论是什么指令，只要存在数据相关，都在RW（写回到寄存器）阶段取得。

注：第四对指令由于不需要根据R2计算地址，所以跟第三对指令有所不同。

Problem 2

对于分支跳转的语句，往往存在控制相关，因为在获取结果之前，下一条要进入流水线的指令是不确定的。如果我们在获取结果前，停止取指令，那么一定会停顿。所以，我们需要解决这种情况：

• 猜测执行（猜测下一条进入流水线的指令，如果成功，不会浪费周期，如果失败，需要冲刷流水线，浪费周期）
• 分支延迟槽（从分支之前找到一条不存在数据相关性的指令，放入到延迟槽执行，使其不会浪费周期）

题解：

• 对于第一种情况，由于获取结果之前，停止取指令，因此无论结果如何，一定会停顿。100%
• 对于第二种情况，由于采用猜测执行的策略（默认分支不执行），然而分支却有80%的概率执行，因此停顿：80%
• 对于第三种情况，我们分情况进行讨论：
  • 如果找不到放入延迟槽的指令，那么100%停顿
  • 因为可从前面寻找到一个具有无关性的指令，放入到延迟槽，所以一定不会停顿。0%。
  • 因为从分支执行的方向，找一条指令放入到延迟槽。所以，停顿：20%
  • 因为从分支不执行的方向，找一条指令放入到延迟槽。所以，停顿：80%

Problem 3

7次展开或5次展开都可以，具体请看以下的汇编代码：

7次展开：

5次展开：

致谢

    [1] 以上图片来自于计算机体系结构刘珂老师的课程