CA-Chapter4Homework

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根据需要展开下面的循环并进行指令调度，直到没有任何延迟。指令的延迟如表4.2所示。

LOOP:LD    F0,0(R1)
	 MULTD F0,F0,F2
	 LD    F4,0(R2)
	 ADDD  F0,F0,F4
	 SD    0(R2),F0
	 SUBI  R1,R1,8
	 SUBI  R2,R2,8
	 BNEQZ R1,LOOP

假设有一个长流水线，仅仅对条件转移指令使用分支指令缓冲。假设分支预测错误的开销为4个周期，缓冲不命中的开销为3个周期。假设：命中率为90%，预测精度为90%，分支频率为15%，没有分支的基本CPI为1.
1. 求程序执行的CPI
2. 相对于采用固定的两个周期延迟的分支处理，哪种方法程序执行的速度更快？
下面一段 MIPS的汇编程序称为 SAXPY，是计算高斯消去法中的关键一步，用于完成下面公式的计算:
$Y = aX+ Y$
其浮点指令延迟如表 4.2 所示，整数指令均为1个时钟周期完成，浮点和整数部件均为流水。整数操作之间以及与其他所有浮点操作之间的延迟为0,转移指令的延迟为0

foo:ld     f2,0(r1) ; load X[i]
	multd  f4,f2,f0 ; multiply a*X[i]
	ld     f6,0(r2) ; load Y[i]
	addd   f6,f4,f6 ; add a*X[i] + Y[i]
	sd     0[r2],f6 ; store Y[i]
	addi   r1,r1,#8 ; increment X index
	addi   r2,r2,#8 ; increment Y index
	sgti   r3,r1,done ; test if done
	beqz   r3,foo   ; loop if not done

(1)对于标准的MIPS单流水线，SAXPY 循环计算一个Y值需要多少时间?其中有多少空转周期?

(2)对于标准的 MIPS 单流水线，将 SAXPY 循环顺序展开4 次，不进行任何指令调度，计算一个Y值平均需要多少时间?加速比是多少?其加速是如何获得的?

(3)对于标准的 MIPS 单流水线，将SAXPY 循环顺序展开4 次，优化和调度指令。使SAXPY 循环处理时间达到最优，计算一个 Y值平均需要多少时间?加速比是多少?
(4)对于采用如图4.15 所示的前瞻执行机制的MIPS处理器，处理器中只有一个整数部件。当循环第二次执行到

beqzr3，foo

时，写出前面所有指令的状态，包括指令使用的保留站、指令起始节拍、执行节拍和写结果节拍，并写出处理器当前的状态。

(5)对于两路超标量的 MIPS 流水线，设有两个指流出部件，可以流出任意组合的指令，系统中的功能部件数量不受限制。将 SAXPY 循环展开 4 次，优化和调度指令使SAXPY 循环处理时间达到最优。计算一个Y值平均需要多少时间?加速比是多少?

(6)对于图4.19 结构的超长指令字 MIPS处理器，将SAXPY 循环展开4 次，优化和调度指令，使SAXPY 循环处理时间达到最优。计算一个Y值平均需要多少时间?加速比是多少?