2010軟件水平考試軟件設(shè)計(jì)師重點(diǎn)難點(diǎn)輔導(dǎo)(2)

　　流水線的執(zhí)行時(shí)間公式為：

　　第1條指令的執(zhí)行時(shí)間+(指令條數(shù)-1)*流水線操作周期

　　例題1

　　若每一條指令都可以分解為取指、分析和執(zhí)行三步。己知取指時(shí)間t取指=4△t，分析時(shí)間t分析=3△t，執(zhí)行時(shí)間t執(zhí)行=5△t。如果按串行方式執(zhí)行完100條指令需要 (1) △t。如果按照流水方式執(zhí)行，執(zhí)行完100條指令需要 (2) △t。

　　供選擇的答案

　　(1)A. 1190 B.1195 C. 1200 D.1205

　　(2)A. 504 B.507 C. 508 D.510

　　試題分析

　　本題考查的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令流水線方面的基礎(chǔ)知識(shí)。根據(jù)題意可以看到，在此流水線中按串行方式執(zhí)行完100條指令要用1200△t。采用流水方式執(zhí)行，執(zhí)行的總時(shí)間的關(guān)鍵取決于最長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間，所以執(zhí)行完100條的時(shí)間為：4Δt+3Δt+5Δt+(100-1)*5Δt = 507Δt。

　　試題答案

　　C B

　　例題2

　　現(xiàn)采用4級(jí)流水線結(jié)構(gòu)分別完成一條指令的取指、指令譯碼和取數(shù)、運(yùn)算，以及送回運(yùn)算結(jié)果4個(gè)基本操作，每步操作時(shí)間依次為60 ns，100 ns，50 ns和70 ns。該流水線的操作周期應(yīng)為 A ns。若有一小段程序需要用20條基本指令完成(這些指令完全適合于流水線上執(zhí)行)，則得到第一條指令結(jié)果需 B ns，完成該段程序需 C ns。

　　在流水線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，頻繁執(zhí)行 D 指令時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)器的效率。當(dāng)有中斷請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，采用不精確斷點(diǎn)法，則將 E 。

　　供選擇的答案

　　A：①50 ②70 ③100 ④280

　　B：①100 ②200 ③280 ④400

　　C：①1400 ②2000 ③2300 ④2600

　　D：①條件轉(zhuǎn)移 ②無條件轉(zhuǎn)移 ③算術(shù)運(yùn)算 ④訪問存儲(chǔ)器

　　E：①僅影響中斷反應(yīng)時(shí)間，不影響程序的正確執(zhí)行

　�、诓粌H影響中斷反應(yīng)時(shí)間，還影響程序的正確執(zhí)行

　�、鄄挥绊懼袛喾磻�(yīng)時(shí)間，但影響程序的正確執(zhí)行

　�、懿挥绊懼袛喾磻�(yīng)時(shí)間，也不影響程序的正確執(zhí)行

　　試題分析

　　本題主要考查對(duì)流水線技術(shù)的掌握。

　　對(duì)于CPU來說，流水線技術(shù)實(shí)際上是一種以增加硬件換取性能的方式：把一條指令分解成多條更小的指令，由不同的處理單元來處理，在理想的滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，執(zhí)行一條指令的時(shí)間雖然沒有減少，但是由于多個(gè)處理單元同時(shí)工作，在同一時(shí)間上可以執(zhí)行不同指令的不同部分，從而使得總體的執(zhí)行時(shí)間大大減少。流水線的操作周期取決于基本操作中最慢的那個(gè)。這里最慢的是100 ns，所以操作周期是100 ns。在流水線中，其實(shí)每一條指令的執(zhí)行時(shí)間并沒有減少，而第一條指令的執(zhí)行并沒有體現(xiàn)流水線的優(yōu)勢(shì)，它在4個(gè)操作周期后才能執(zhí)行完成，這以后每個(gè)操作周期都能完成一條指令的執(zhí)行。

　　影響流水線效率的重要因素有條件轉(zhuǎn)移指令和中斷，因?yàn)樗鼈兇驍嗔肆魉�線，使得流水線不得不重新裝載。

　　不精確斷點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是要等到流水線內(nèi)的指令完成之后再響應(yīng)中斷。

　　試題答案

　　A.③ B.④ C.③ D.① E.②

　　上面的兩個(gè)例題，都是軟考當(dāng)中出現(xiàn)過的真題。我們可以看出，兩個(gè)題在計(jì)算流水線時(shí)間方面，標(biāo)準(zhǔn)并不是統(tǒng)一的。

　　在例題1中：

　　4Δt+3Δt+5Δt+(100-1)*5Δt = 507Δt。

　　而在例題2中：

　　100ns+100ns+100ns+100ns+(20-1)*100ns=2300ns

　　這兩種計(jì)算方法，都是在套用公式：“第1條指令的執(zhí)行時(shí)間+(指令條數(shù)-1)*流水線操作周期”，而對(duì)于“第1條指令的執(zhí)行時(shí)間”的理解并不相同。在例題1中，第1條指令的執(zhí)行時(shí)間是將指令執(zhí)行時(shí)的幾個(gè)階段所需時(shí)間相加得到，而在例題2中，認(rèn)為每一個(gè)階段所需時(shí)間都是流水線的周期時(shí)間。其中前者是流水線的理論計(jì)算方法，而后者是我們?cè)谠O(shè)計(jì)硬件流水線時(shí)，常用的方式。兩種計(jì)算方法，從理論上來講，都是正確的，但考試時(shí)，只有一個(gè)是正確答案。那么我們應(yīng)該怎么做呢?由于每次考試中，無論認(rèn)可的是哪種計(jì)算方式，都只會(huì)把這種計(jì)算方式的正確答案放入選項(xiàng)中，而不會(huì)將兩個(gè)正確答案都放入，所以我們?cè)谟靡环N方式不能得到正確選項(xiàng)時(shí)，應(yīng)采用另一種方式進(jìn)行計(jì)算，來得到正確答案。