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假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？插入两个流水段寄存器，得到一个三级流水线
题目
假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？插入两个流水段寄存器，得到一个三级流水线
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参考答案和解析
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第1题：
在下列不同结构的处理机上执行6x6的矩阵乘法C：A×B，计算所需要的最短时间。只计算乘法指令和加法指令的执行时间，不计算取操作数、数据传送和程序控制等指令的执行时间。加法部件和乘法部件的延迟时间都是3个时钟周期，另外，加法指令和乘法指令还要经过“取指令”和“指令译码”的时钟周期，每个时钟周期为20ns，C的初始值为“0”。各操作部件的输出端有直接数据通路连接到有关操作部件的输入端，在操作部件的输出端设置有足够容量的缓冲寄存器。如果处理机内只有一个通用操作部件，采用顺序方式执行指令，那么所需要的时间为(5)。如果单流水线标量处理机，有一条两个功能的静态流水线，流水线每个功能段的延迟时间均为一个时钟周期，加法操作和乘法操作各经过3个功能段，那么所需要的时间为(6)。
A．105.6ms
B．52.8ms
C．39.6ms
D．72.8ms
正确答案：C
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第2题：
在指令流水线中，最大吞吐率是指
A.流水线上所完成指令的最大数量
B.流水线达到稳定状态后可获得的吞吐率
C.流水线上所完成指令或输出结果的数量
D.流水线工作中能达到的吞吐率
正确答案：B
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第3题：
某指令流水线由5段组成，各段所需要的时间如下图所示。
连续输入100条指令时的吞吐率为（ ）。
答案：C解析：流水线的执行时间=（t1+t2+...+tk）+（n-1）*△t=(t+3t+t+2t+t)+(100-1)*3t=305t流水线的吞吐率=指令执行条数/流水线执行时间=100/305△t -
第4题：
假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？吞吐量最大的流水线
正确答案:因为所有组合逻辑块中最长延时为80ps，所以，达到最大可能吞吐率的划分应该是以一个流水段延时为80ps+20ps来进行，因此，至少按五段来划分，分别把流水段寄存器插在A和B、B和C、C和D、D和E之间，这样第一段的组合逻辑延时为80ps，第二段为30ps，第三段为60ps，第四段为50ps，最后一段为70+10=80ps。这样每个流水段都以最长延时调整为80+20=100ps，故时钟周期为100ps，指令吞吐率为1/100ps=10GOPS，每条指令的执行时间为5x100=500ps。 -
第5题：
假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？插入三个流水段寄存器，得到一个四级流水线
正确答案:三个流水段寄存器分别插在A和B、C和D、D和E之间，这样第一个流水段的组合逻辑延时为80ps，第二段时延为30+60=90ps，第三段时延为50ps，最后一段延时为70+10=80ps。这样每个流水段都以最长延时调整为90+20=110ps，故时钟周期为110ps，指令吞吐率为1/110ps=9.09GOPS，每条指令的执行时间为4x110=440ps。 -
第6题：
假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？插入一个流水段寄存器，得到一个两级流水线
正确答案:两级流水线的平衡点在C和D之间，其前面一个流水段的组合逻辑延时为80+30+60=170ps，后面一个流水段的组合逻辑延时为50+70+10=130ps。这样每个流水段都以最长延时调整为170+20=190ps，故时钟周期为190ps，指令吞吐率为1/190ps=5.26GOPS，每条指令的执行时间为2x190=380ps。 -
第7题：
CPU中有一条以上的流水线且每个时钟周期可以完成一条以上指令的技术是（）
- A、流水线技术
- B、超流水线技术
- C、倍频技术
- D、超标量技术
正确答案:D -
第8题：
关于经典奔腾的U、V流水线，说法不正确的是（）
- A、它们都是整数指令流水线，但是功能不同
- B、两条流水线同时工作时，流水线U可执行复杂指令，流水线V只能执行精简指令
- C、它们属于以空间换取时间的超标量技术
- D、它们各有自己的算术逻辑单元，地址生成电路及Cache接口
正确答案:B -
第9题：
多选题CPU内使用流水线技术后，下列说法可能的是（）A取指令和执行指令同步进行
B取指令和执行指令异步进行
C正在执行的指令与流水线中的指令冲突
D流水线内的指令无效
E流水线取指与执行的指令有关
F流水线取指与执行的指令无火
正确答案： B,C解析： 由于流水线取指由各功能部件独立完成，囚此CPU内使用流水线技术后，可能的是取指令和执行指令同步进行、正在执行的指令与流水线中的指令冲突、流水线内的指令无效、流水线取指与执行的指令有关或流水线取指与执行的指令无关；不可能的是取指令和执行指令异步进行，因此A、C、D、E、F是正确答案。 -
第10题：
单选题若某计算机最复杂指令的执行需要完成5个子功能，分别由功能部件A～E实现，各功能部件所需要时间分别为80ps、50ps、50ps、70ps和50ps，采用流水线方式执行指令，流水段寄存器延时为20ps，则CPU时钟周期至少为（ ）。A60ps
B70ps
C80ps
D100ps
正确答案： D解析：
计算机在一个时钟周期内完成A～E中的一个功能，现在流水段寄存器延时为20ps，则实际上功能部件A～E所需时间依次加20ps，即100ps、70ps、70ps、90ps、70ps。为满足要求CPU的时钟周期至少要大于这5个时间中的最大值，故CPU时钟周期至少为100ps。 -
第11题：
单选题某CPU主频为1.03GHz，采用4级指令流水线，每个流水段的执行需要1个时钟周期。假定CPU执行了100条指令，在其执行过程中没有发生任何流水线阻塞，此时流水线的吞吐率为（ ）。A0.25×109条指令/秒
B0.97×109条指令/秒
C1.0×109条指令/秒
D1.03×109条指令/秒
正确答案： D解析：
采用4级指令流水线执行100条指令，在执行过程中共用4＋（100－1）＝103个时钟周期。CPU的主频是1.03GHz，也就是说每秒钟有1.03G个时钟周期。流水线的吞吐率为1.03G×100/103＝1.0×109条指令/秒，故答案为C。 -
第12题：
问答题假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？插入两个流水段寄存器，得到一个三级流水线正确答案： 两个流水段寄存器分别插在B和C、D和E之间，这样第一个流水段的组合逻辑延时为80+30=110ps，中间第二段的时延为60+50=110ps，最后一个段延时为70+10=80ps。这样每个流水段都以最长延时调整为110+20=130ps，故时钟周期为130ps，指令吞吐率为1/130ps=7.69GOPS，每条指令的执行时间为3x130=390ps。解析： 暂无解析 -
第13题：
现采用四级流水线结构分别完成一条指令的取指、指令译码和取数、运算，以及送回运算结果四个基本操作，每步操作时间依次为60ns，100ns，50ns和70ns。该流水线的操作周期应为(27)ns。若有一小段程序需要用20条基本指令完成(这些指令完全适合于流水线上执行)，则得到第一条指令结果需(28)ns，完成该段程序需(29)ns。
在流水线结构的计算机中，频繁执行(30)指令时会严重影响机器的效率。当有中断请求发生时，采用不精确断点法，则将(31)。
A．50
B．70
C．100
D．280
正确答案：C
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第14题：
下列关于RISC机的说法中错误的是()。A.指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少
B.配备大量通用寄存器
C.强调采用流水线技术进行优化
D.较少使用硬布线逻辑实现答案：D解析：ABC项都是RISC机的特点，D项，RISC机由于指令结构较简单，故常采用速度较快的硬布线逻辑来实现。 -
第15题：
指令流水线右取指（IF） 、译码（ID）、执行 （EX） 、访存（MEM）、写回寄存器堆（WB）五个过程段，共有20条指令连续输入此流水线。 （1）画出流水处理的时空图，假设时钟周期为100ns。 （2）求流水线的实际吞吐率（单位时间里执行完毕的指令数）。
略 -
第16题：
假定某计算机工程师想设计一个新CPU，一个典型程序的核心模块有一百万条指令，每条指令执行时间为100ps。实际流水线并不是理想的，流水段间数据传送会有额外开销。这些开销是否会影响指令执行时间（Instruction latency）和指令吞吐率（Instruction throughput）？
正确答案:流水线段之间数据的传递产生的额外开销，使得一条指令的执行时间被延长，即影响Instruction latency；同时也拉长了每个流水段的执行时间，即影响Instruction throughput。 -
第17题：
CRAY-1向量机相邻向量指令之间，既无向量寄存器组的使用冲突，又无流水线的功能部件争用，它们可以同时并行。
正确答案:正确 -
第18题：
下列描述不属于RISC计算机的特点的是（）
- A、流水线每周期前进一步
- B、更多通用寄存器
- C、指令长度不固定，执行需要多个周期
- D、独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输
正确答案:C -
第19题：
什么是指令流水线？为什么要引入指令流水线？实现指令流水线操作需要哪些硬件支持？
正确答案:指令的并行操作，或者说指令的重叠执行称为指令流水线操作。引入指令流水线是为了充分利用计算机的资源，例如在 CPU执行指令期间，总线是空闲的，可用来预取后续指令。实现指令流水线操作，需要有指令预取队列和相应的控制逻辑等硬件支持。 -
第20题：
CPU内使用流水线技术后，下列说法可能的是（）
- A、取指令和执行指令同步进行
- B、取指令和执行指令异步进行
- C、正在执行的指令与流水线中的指令冲突
- D、流水线内的指令无效
- E、流水线取指与执行的指令有关
- F、流水线取指与执行的指令无火
正确答案:A,C,D,E,F -
第21题：
填空题在理想的情况下，一条k段流水线（每条指令执行k个周期），执行n条指令共（）周期。正确答案： 需要k+n-1解析： 暂无解析 -
第22题：
单选题下列描述不属于RISC计算机的特点的是（）A流水线每周期前进一步
B更多通用寄存器
C指令长度不固定，执行需要多个周期
D独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输
正确答案： B解析： 暂无解析 -
第23题：
单选题下列关于指令流水线数据通路的叙述中，错误的是（ ）。A包含生成控制信号的控制部件
B包含算术逻辑运算部件（ALU）
C包含通用寄存器组合取指部件
D由组合逻辑电路和时序逻辑电路组合而成
正确答案： A解析：
五阶段流水线可分为取指IF、译码/取数ID、执行EXC、存储器读MEM、写回Write Back。数字系统中，各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路，包括程序计数器、算术逻辑运算部件、通用寄存器组、取指部件等等，不包括控制部件，所以A项错误。 -
第24题：
问答题假定最复杂的一条指令所用的组合逻辑分成6块，依次为A~F，其延迟分别为80ps、30ps、60ps、50ps、70ps、10ps。在这些组合逻辑块之间插入必要的流水段寄存器就可实现相应的指令流水线，寄存器延迟为20ps。理想情况下，以下各种方式所得到的时钟周期、指令吞吐率和指令执行时间各是多少？应该在哪里插入流水线寄存器？吞吐量最大的流水线正确答案： 因为所有组合逻辑块中最长延时为80ps，所以，达到最大可能吞吐率的划分应该是以一个流水段延时为80ps+20ps来进行，因此，至少按五段来划分，分别把流水段寄存器插在A和B、B和C、C和D、D和E之间，这样第一段的组合逻辑延时为80ps，第二段为30ps，第三段为60ps，第四段为50ps，最后一段为70+10=80ps。这样每个流水段都以最长延时调整为80+20=100ps，故时钟周期为100ps，指令吞吐率为1/100ps=10GOPS，每条指令的执行时间为5x100=500ps。解析： 暂无解析
