插入三个流水段寄存器，得到一个四级流水线

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？插入三个流水段寄存器，得到一个四级流水线

参考答案： 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=9...

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1.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

参考答案：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6...

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2.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？插入一个流水段寄存器，得到一个两级流水线

参考答案：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...

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3.问答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）？

参考答案：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...

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4.问答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。若新CPU是一个20级流水线处理器，执行上述同样的程序，理想情况下，它比非流水线处理器快多少？

参考答案：若在一个20级流水线的处理器上执行，理想情况下，每个时钟周期为：100/20=5ps，所以，程序执行时间约为5×10

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5.问答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。在非流水线处理器上执行该程序需要花多长时间？

参考答案：非流水线处理器上执行该程序的时间为：100ps×10⁶=100µs.

6.问答题假定有一条MIPS伪指令“Bcmp $t1，$t2，$t3”，其功能是实现对两个主存块数据的比较，$t1和$t2中分别存放两个主存块的首地址，$t3中存放数据块的长度，每个数据占四个字节，若所有数据都相等，则将0置入$t1；否则，将第一次出现不相等时的地址分别置入$t1和$t2并结束比较。若$t4和$t5是两个空闲寄存器，请给出实现该伪指令的指令序列，并说明在类似于P.185图6.32的多周期数据通路中执行该伪指令时要用多少时钟周期。

参考答案：

7.问答题对于多周期CPU的异常和中断处理，除数为0、溢出、无效指令操作码、无效指令地址、无效数据地址、缺页、访问越权和外部中断， CPU在哪些指令的哪个时钟周期能分别检测到这些异常或中断？

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8.问答题微程序控制器容量为1024×48位，微程序可在整个控存内实现转移，反映所有指令执行状态转换的有限状态机中有4个分支点，微指令采用水平格式，微地址由专门的下地址字段确定。请设计微指令的格式，说明各字段有多少位？为什么？

参考答案：

9.问答题对于多周期MIPS处理器，假定将访问数据的过程分成两个时钟周期可使时钟频率从4.8GHz提高到5.6GHz，但会使得lw和sw指令增加时钟周期数。已知基准程序CPUint 2000中各类指令的频率为：Load：25%，Store：10%，Branch：11%，Jump：2%，ALU：52%。以基准程序CPUint 2000为标准计算时钟频率提高后处理器的性能提高了多少？若将取指令过程再分成两个时钟周期，则可进一步使时钟频率提高到6.4GHz，此时，时钟频率的提高是否也能带来处理器性能的提高？为什么？

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10.问答题假定某计算机字长16位，标志寄存器Flag中的ZF、NF和VF分别是零、负和溢出标志，采用双字节定长指令字。假定Bgt（大于零转移）指令的第一个字节指明操作码和寻址方式，第二个字节为偏移地址Imm8，其功能是：若（ZF+（NF⊕VF）=0）则PC=PC+2+Imm8否则PC=PC+2画出实现Bgt指令的数据通路。

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