所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？
（2） 假设该流水线有正常的定向路径，请画出该指令序列执行的流水线
时空图。假设采用预测分支失败的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？ （3） 假设该流水线有正常的定向路径和一个单周期延迟分支，请对该循
环中的指令进行调度，你可以重新组织指令的顺序，也可以修改指令的操作数，但是注意不能增加指令的条数。请画出该指令序列执行的流水线时空图，并计算执行上述循环所需要的时钟周期数。 解：寄存器读写可以定向，无其他旁路硬件支持。排空流水线。
指令LW DADDIUSWDADDIUDSUBBNEZLW 1IF345678910111213141516171819202122IDEXMWBIFSSIDEXMWBIFSSIDEXMWBIFIDEXMWBIFSSIDEXMWBIFSSIDEXMWBIFSSIFIDEXMWB2第i次迭代（i＝0..98）开始周期：1＋（i×17）
总的时钟周期数：（98×17）＋18＝1684
有正常定向路径，预测分支失败。
指令LWDADDIUSWDADDIUDSUBBNEZLW1IFIDIF23456EXMWBIDSEXMIFSIDEXIFIDIF7WBMEXIDIF8910111131415WBMEXIDIFWBMWBEXMWBmissmissIFIDEXMWB
第i次迭代（i＝0..98）开始周期：1＋（i×10）
总的时钟周期数：（98×10）＋11＝991
有正常定向路径。单周期延迟分支。
LOOP: LW R1，0(R2)
DADDIU R2，R2，#4 DADDIU R1，R1，#1
DSUB R4，R3，R2 BNEZ R4，LOOP SW R1，-4(R2)
第i次迭代（i ＝0..98）开始周期：1＋（i ×6 ） 总的时钟周期数：（98×6）＋10＝598
指令LW DADDIUDADDIUDSUBBNEZSWLW 1IFIDIF234EXMIDEXIFIDIF5WBMEXIDIF6WBMEXIDIF7891011WBMEXIDIFWBMWBEXMWBIDEXMWB
3.18 在CRAY-1机器上，按照链接方式执行下述4条向量指令（括号中给出了相应功能部件的执行时间），如果向量寄存器和功能部件之间的数据传送需要1拍，试求此链接流水线的通过时间是多少拍？如果向量长度为64，则需多少拍才能得到全部结果？
V0←存储器 （从存储器中取数：7拍） V2←V0+V1 （向量加：3拍） V3←V2
解：通过时间就是每条向量指令的第一个操作数执行完毕需要的时间，也就是各功能流水线由空到满的时间，具体过程如下图所示。要得到全部结果，在流水线充满之后，向量中后继操作数继续以流水方式执行，直到整组向量执行完毕。
访存存储器V0V1V2V3V4V5向量加左移向量逻辑乘A3 T通过＝（7＋1）＋（1＋3＋1）＋（1＋4＋1）＋（1＋2＋1）＝23（拍）T总共?T通过＋（64－1）＝23＋63＝86（拍）
第4章 指令级并行
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。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。是由硬件在程序实际运行时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。
4.2 简述Tomasulo算法的基本思想。
答：核心思想是：① 记录和检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发生RAW冲突的可能性减小到最少；② 通过寄存器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。寄存器换名是通过保留站来实现，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作数。
基本思想：只要操作数有效，就将其取到保留站，避免指令流出时才到寄存器中取数据，这就使得即将执行的指令从相应的保留站中取得操作数，而不是从寄存器中。指令的执行结果也是直接送到等待数据的其它保留站中去。因而，对于连续的寄存器写，只有最后一个才真正更新寄存器中的内容。一条指令流出时，存放操作数的寄存器名被换成为对应于该寄存器保留站的名称（编号）。
4.4 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？
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。
4.5 假设分支目标缓冲的命中率为90%，程序中无条件转移指令的比例为5%，没有无条件转移指令的程序CPI值为1。假设分支目标缓冲中包含分支目标指令，允许无条件转移指令进入分支目标缓冲，则程序的CPI值为多少？
解：设每条无条件转移指令的延迟为x，则有：
1＋5%×x＝1.1
x＝2
当分支目标缓冲命中时，无条件转移指令的延迟为0。 所以 程序的CPI ＝ 1 ＋ 2 × 5% ×(1 －90%) ＝1.01
4.9 设指令流水线由取指令、分析指令和执行指令3个部件构成，每个部件经过的时间为△t，连续流入12条指令。分别画出标量流水处理机以及ILP均为4的超标量处理机、超长指令字处理机、超流水处理机的时空图，并分别计算它们相对于标量流水处理机的加速比。
解：标量流水处理机的时空图：
执行 分析 取指 14 时间
执行完12条指令需T1＝14△t。
超标量流水处理机与超长指令字处理机的时空图：
执行 执行 分析 分析 取指 5 时间 取指 超长指令字处理机时空图 5 时间 超标量处理机时空图
超标量流水处理机中，每一个时钟周期同时启动4条指令。执行完12条指令需T2＝5△t，相对于标量流水处理机的加速比为：
S2?T114?t??2.8 T25?t超长指令字处理机中，每4条指令组成一条长指令，共形成3条长指令。执行完12条指令需T3＝5△t，相对于标量流水处理机的加速比为：
S3?T114?t??2.8 T35?t超流水处理机的时空图：
执行 分析 取指 4 5 5.75 时间