CA-Chapter3Homework

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简述流水线技术的特点

流水线技术的特点是将一个处理过程分解为若干个子过程，并由专门的功能部件来实现。这样可以将一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高处理的吞吐率。流水线中各个子过程的时间应尽可能相等，以避免引起流水线的堵塞和断流。

简述通过软件（编译器）来减少分支延迟的三种方法。这些方法的特点是什么？

通过软件（编译器）来减少分支延迟的三种方法是：

1. 静态预测：编译器在编译阶段对代码分支进行预测，根据预测的结果进行代码优化。如果预测成功，执行正确的代码路径；如果预测失败，采取紧急措施来最小化预测失败的影响。静态预测的特点是在编译时就确定了分支的走向，适用于分支预测比较简单的情况。

2. 动态预测：编译器在运行时根据程序的执行情况动态地预测分支的结果。动态预测可以根据历史的执行情况和统计数据来进行预测，提高预测的准确性。动态预测的特点是能够根据程序的实际执行情况来优化分支，适用于分支预测较为复杂、难以静态确定的情况。

3. 分支延迟：通过将分支的执行延迟到后续代码执行阶段来减少分支延迟。编译器将分支的计算和分支的结果保存到其他寄存器中，延迟执行分支的代码，以便尽可能多地执行其他指令。分支延迟的特点是通过重排指令的执行顺序来减少分支造成的延迟，适用于无法准确预测分支结果的情况。
这些方法的特点是：静态预测在编译时预测分支走向，动态预测在运行时根据实际情况预测分支走向，分支延迟通过重排指令来减少分支延迟。静态预测适合简单的分支预测，动态预测适合复杂的分支预测，分支延迟适合无法准确预测分支结果的情况。这些方法都旨在减少分支延迟，提高程序的执行效率和性能。

简述延迟分支方法的三种调度策略的优缺点

三种调度策略包括：静态延迟分支、动态延迟分支和退化延迟分支。

静态延迟分支：

优点：在编译期间确定分支目标，可以利用编译器的静态分析技术进行优化，减少分支预测错误的概率。

缺点：无法适应程序运行时动态变化的分支行为，对于复杂的分支结构预测效果不佳。

动态延迟分支：

优点：根据程序在运行时的分支行为动态地进行分支目标的预测，可以适应程序运行时的变化，提高分支预测准确率。

缺点：预测分支目标需要额外的硬件支持，增加了成本和功耗，并且预测错误时会带来额外的处理开销。

退化延迟分支：

优点：降低了对分支预测的依赖，通过将分支延迟到后面的指令中执行来避免预测失败的开销。

缺点：不能适应高度动态的分支行为，指令执行顺序被限制，可能导致性能损失，特别是在分支频繁的情况下。

在一条流水线多操作部件的处理机上执行下面的程序，取指令、指令译码各自需要一个时钟周期，MOVE/ADD/MUL操作个需要2个，3个和4个时钟周期。每个操作都在第一个时钟周期从通用寄存器种读取操作数，在最后一个时钟周期把运算的结果写到通用寄存器中。

K:   MOVE R1,R0 // R1 <- (R0)
K+1: MUL R0,R2,R1 
K+2: ADD R0,R3,R2

画出指令执行的流水线时空图，并计算执行完三条指令共使用了多少个时钟周期