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1)
流水线周期由最慢的流水段决定。
各段延迟:IF=2ns, ID=2ns, EX=3ns, MEM=4ns, WB=2ns
最慢的是 MEM 段,4 ns。
所以最小时钟周期时间 Tclk=4 nsTclk=4 ns。
2)
5级流水线,第一条指令完成需要 5 个周期,之后每周期完成 1 条指令。
执行 n 条指令所需周期数:
Cycles=5+(n−1)=n+4
对于 n=100
Cycles=104
时间:
T=104×4 ns=416 ns
3)
理想 CPI(无停顿) = 1
由于分支预测失败带来的额外周期:
每条分支指令额外周期 = 失败率 × 惩罚 = 0.2×2=0.4 周期
按指令比例分摊到所有指令:
额外 CPI = 0.2×0.4=0.08
所以平均 CPI:
CPI=1+0.08=1.08CPI=1+0.08=1.08
4)
总周期数:
Cycles=指令数×CPI=100×1.08=108
总时间:
T=108×4 ns=432 ns
评分及理由
(1)得分及理由(满分2分)
学生正确识别出最慢流水段为MEM段,延迟为4 ns,并得出最小时钟周期时间为4 ns。答案与标准答案一致,逻辑正确,计算无误。得2分。
(2)得分及理由(满分3分)
学生正确应用了k段流水线执行n条指令的时钟周期数公式(Cycles = k + n - 1),其中k=5,n=100,得到104个周期,并乘以时钟周期时间4 ns得到总时间416 ns。思路和计算均正确,与标准答案一致。得3分。
(3)得分及理由(满分4分)
学生计算平均CPI的思路正确,但计算过程中存在逻辑错误。学生先计算了每条分支指令的额外周期(0.2 × 2 = 0.4周期),然后按指令比例分摊(0.2 × 0.4 = 0.08),最后得到CPI=1.08。虽然最终数值正确,但分摊步骤(0.2 × 0.4)在逻辑上不清晰,标准答案...
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