1 2 3 4 5 6 7 8 时间T
由图中可以看出，同样的8个操作周期内，流水计算机执行完了5条指令，而非流水计算机只执行完了2条指令；由此，可看出流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。 15．用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。 证明：
设流水计算机具有k级流水线，每个操作周期的时间为，执行n条指令的时间为：
T??k?n?1???；
吞吐率为：H1?n
?k?n?1???而非流水计算机，执行n条指令的时间为：T?n?k??；
n吞吐率为：H2?
n?k??当n=1时，H1?H2；
当n>1时，H1?H2，即：流水计算机具有更高的吞吐率。
16．判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关
(1) I1 LAD R1，A ； M(A)→R1，M(A)是存储器单元 I2 ADD R2，Rl ； (R2)+(R1)→R2 (2) I1 ADD R3，R4 ； (R3)+(R4)→R3 I2 MUL R4，R5 ； (R4)(R5)→R4
(3) I1 LAD R6，B ； M(B)→R6，M(B)是存储器单元
I2 MUL R6，R7 ； (R6) (R7)→R6 解：
(1) I1的运算结果应该先写入R1，然后再在I2中读取R1的内容作为操作数，所以是发生RAW (“写后读”)相关 (2) WAR
(3) RAW和WAW两种相关
17．参考图所示的超标量流水线结构模型，现有如下6条指令序列： I1 LAD R1，B ； M(B)→R1，M(B)是存储器单元 I2 SUB R2，Rl ； (R2)-(R1)→R2 I3 MUL R3，R4 ； (R3)*(R4)→R3 I4 ADD R4，R5 ； (R4)+(R5)→R4
I5 LAD R6，A ； M(A)→R6，M(A)是存储器单元 I6 ADD R6，R7 ； (R6)+(R7)→R6
请画出：(1)按序发射按序完成各段推进情况图。 (2)按序发射按序完成的流水线时空图。 解：
(1) 按序发射按序完成各段推进情况图如下(仍设F、D段要求成对输入；F、D、W段只需
1个周期；加需要2个周期；乘需要3个周期；存/取数需要1个周期；执行部件内部有定向传送，结果生成即可使用)：
取指段 I1 I3 I5 I2 I4 I6 译码段 I1 I3 I5 I2 I2 I4 I6 I6 执行段 I3 I3 I3 乘法器
写回段 I1 I5 取/存
I2 I2 I4 I4 I6 I6 加法器
I1 I2 I3 I4 I5 I6 (2) 按序发射按序完成的流水时空图如下：
时
1 I1 I2
F F I3 I4 2 D D F F I5 I6 3 E 4 W E D D F F E E E D D 5
W E E E E 6
E E 7
W 8
W 9
10 W 11 W 钟
超标量流水线的时空图
计算机组成原理第五章答案
