(1)指令的控制方式有几种?优缺点各是什么? (2)如何评价流水线的性能? (3)一台非流水线机器执行指令时共分五步，所需时间分别为40ns、40ns、50ns、40ns和40ns。若采用流水线工作方式，并且由于锁存器而附加了20ns的延迟，那么该流水线

admin2009-07-15 35

问题 (1)指令的控制方式有几种?优缺点各是什么?
(2)如何评价流水线的性能?
(3)一台非流水线机器执行指令时共分五步，所需时间分别为40ns、40ns、50ns、40ns和40ns。若
采用流水线工作方式，并且由于锁存器而附加了20ns的延迟，那么该流水线的加速比是多大?

选项

答案指令控制方式有三种：顺序方式、重叠方式、流水方式。 ①顺序方式是指各条机器指令之间顺序串行地执行，执行完一条指令后才取下一条指令，而且每条机器指令内部的各个微操作也是顺序串行地执行。这种方式的优点是控制简单。缺点是速度上不去，机器各部件的利用率低。 ②重叠方式是指在解释第K条指令的操作完成之前，就可开始解释第K+1条指令。通常采用的是一次重叠，即在任何时候，指令分析部件和指令执行部件都只有相邻两条指令在重叠解释。这种方式的优点是速度有所提高，控制也不太复杂。缺点是会出现冲突、转移、相关进入等问题，在设计时必须想办法解决。 ③流水方式是模仿工业生产过程的流水线(如汽车装配线)而提出的一种指令控制方式。流水 (Pipelining)技术是把并行性或并发性镶嵌到计算机系统里的一种形式，它是一种把重复的顺序处理过程分解为若干子过程，每个子过程能在专用的独立模块上有效地并发工作的技术。 (2)衡量流水处理机性能的主要指标是吞吐率、效率、流水深度以及加速比等。 ①吞吐率(Throughput Rate)是指单位时间内能处理的指令条数或者能输出的信息量。 ②效率(Efficiency)是指流水线的设备利用率。即在整个运行时间里，流水线的设备有多少时间是真正用于工作的。由于流水线有初始的建立时间和结束的排空时间，因此在连续完成n个任务的时间里，各段并不总是满负荷的。 ③流水深度(Deep)是指流水线充满时，同时能够解释的指令数，也就是流水线的段数m。 ④加速比(Speedup)是指采用流水方式后，执行指令的速度提高的程度，也就是流水方式和等效的非流水线顺序串行方式相比，其速度提高的比值。 (3)根据加速比的定义可知： [*] 显然，分子应该是(40+40+50+40+40)ns，即210ns，而分母应该选择最慢的子过程50ns并加上延迟时间20ns，即70ns，所以加速比为： Sp=210/70＝3(倍)

解析

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