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（　　）。A 60psB 70psC 80psD 100ps

题目

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（　　）。

60ps

70ps

80ps

100ps

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第1题：

设指令由取指、分析、执行3个子部件完成，每个子部件的工作周期均为△t，采用常规标量单流水线处理机。若连续执行10条指令，则共需时间(3)△t。

A．8

B．10

C．12

D．14

正确答案：C
解析：本题考查指令流水的概念。
顺序执行时，每条指令都需三步才能执行完，没有重叠。
采用常规标量单流水线处理机连续执行10条指令的时空图如下图所示：

由时空图可知，从第二个时间单位之后，各子部件开始完全并行。此后每个t都能完成一条指令，所以连续执行10条指令后，则共需时间为2+10=12t。

第2题：

设指令由取指、分析、执行3个子部件完成；并且每个子部件的时间均为△t。若采用度为4的超标量流水线处理机，连续执行12条指令，共需花费(4)△t。

A．5

B．9

C．14

D．18

正确答案：A
解析：设指令由取指、分析、执行3个子部件完成；并且每个子部件的时间均为t。①若采用常规标量单流水线处理机(即该处理机的度为1)，连续执行12条指令，共需14t。②若采用度为4的超标量流水线处理机，连续执行上述12条指令，只需5t，如图5-7所示。

第3题：

●在下列不同结构的处理机上执行6×6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) 。

(5) A．105.6ms

B．52.8ms

C．39.6ms

D．72.8ms

(6) A．6480ns

B．3240ns

C．4020ns

D．8040ns

正确答案：C,D
【解析】要完成上面的矩阵乘法，需要完成的各种操作的数量：
需要完成的乘法次数为6×6×6=216次。
需要完成的加法次数为6×6×5=180次。
下面分析处理机的结构会给性能带来什么样的影响。
1.顺序执行时，每个乘法和加法指令都需要5个时钟周期(取指令、指令分析、指令执行)，所以所需要的时间为：
T=(216+180)×5×20_ns=39600_ns=39.6_ms
2.单流水线标量处理机，采用两功能静态流水线时，因为有足够的缓冲寄存器，所以可以首先把所有的乘法计算完，并通过调度使加法流水线不出现停顿，所以所需要的时间为：
T=T_{第一条指令进入流水线}+T_乘法+T_加法=[2+(3+216-1)+3(3+180-1)]×20ns=8040_ns

第4题：

在下列不同结构的处理机上执行6×6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(25)。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(26)。

A．39.6ms

B．72.8ms

C．52.8ms

D．105.6ms

正确答案：A
解析：要完成上面的矩阵乘法，需要完成的各种操作的数量：需要完成的乘法次数为6×6×6=216次。需要完成的加法次数为6×6×5=180次。下面分析处理机的结构会给性能带来什么样的影响。1．顺序执行时，每个乘法和加法指令都需要5个时钟周期(取指令、指令分析、指令执行)，所以所需要的时间为：T=(216+180)×5×20ns=39600ns=39.6ms2．单流水线标量处理机，采用两功能静态流水线时，因为有足够的缓冲寄存器，所以可以首先把所有的乘法计算完，并通过调度使加法流水线不出现停顿，所以所需要的时间为：T=T第一条指令进入流水线+T乘法+T加法=[2+(3+216-1)+3(3+180-1)．×20ns＝8040ns

第5题：

设指令由取指、分析和执行3个子部件完成；并且每个子部件的时间均为Δt。若采用度为4的超标量流水线处理机，连续执行12条指令，共需花费(3)Δt。

A．3

B．5

C．9

D．14

正确答案：B
解析：指令由取指、分析和执行3个子部件完成，n=3，且每个子部件的时间均为止Δt。若采用常规标量单流水线处理机(即该处理机的度m=1)，连续执行12条(k=-12)指令的时空图如图 2-12所示。执行这12条指令所需的总时间为：Tk=(k+3-1)Δt=(12+3)Δt=14Δt。

若采用度为4(m=4)的超标量流水线处理机，连续执行上述12条(k=12)指令的时空图如图2-13所示。

由图2-`13可知，执行这12条指令所需的总时间只需要5Δt。

第6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

第7题：

下面是有关微处理器指令流水线的叙述，其中错误的是

A．指令流水线中的功能部件(如取指部件、译码部件等)同时执行各自的任务

B．指令流水线在理想情况下，每个时钟都有一条指令执行完毕

C．Pentium处理器中的所谓“超级流水线”就是指级数很多而每级功能又比较简单的流水线

D．Pentium4微处理器中含有三条功能相同的整数运算流水线

正确答案：D
解析：用流水线技术的CPU使用指令重叠的办法，即在一条指令还没有处理完时，就开始处理下一条指令。典型的流水线将每一条机器指令分成取指、译码、取操作数、执行、回写5步。在理想条件下，平均每个时钟周期可以完成一条指令。而所谓“超级流水线处理”是将机器指令划分为更多级的操作，以减轻每一级的复杂程度。在流水线的每一步中，如果需要执行的逻辑操作少一些，则每一步就可以在较短的时间内完成。

第8题：

● 设指令由取指、分析、执行3 个子部件完成，每个子部件的工作周期均为△t，采用常规标量单流水线处理机。若连续执行10 条指令，则共需时间（3） △t。

（3）A. 8 B. 10 C. 12 D. 14

正确答案：C

第9题：

●设每条指令由取指、分析、执行3个子部件完成，并且每个子部件的执行时间均为△t。若采用常规标量单流水线处理机（即该处理机的度为1），连续执行16条指令，则共耗时(14)△t。若采用度为4的超标量流水线处理机，连续执行上述16条指令，则共耗时(15)△t。

(14)A．16

B．18

C．32

D．48

(15) A.4

B．5

C．6

D．8

正确答案：B,C

第10题：

某计算机系统采用5级流水线结构执行指令,设每条指令的执行由取指令( 2△t)、分析指令( 1△t)、取操作数(3△t)、运算(1△t).写回结果 (2△t)组成，并分别用5个子部件完成，该流水线的最大吞吐率为(请作答此空) ;若连续向流水线拉入10条指令，则该流水线的加速比为( ) 。

答案：B

解析：

题目

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