2010软件水平考试软件设计师重点难点辅导(2)2

 流水线的执行时间公式为：

　　第1条指令的执行时间+(指令条数-1)*流水线操作周期

　　例题1

　　若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步。己知取指时间t取指=4△t，分析时间t分析=3△t，执行时间t执行=5△t。如果按串行方式执行完100条指令需要 (1) △t。如果按照流水方式执行，执行完100条指令需要 (2) △t。

　　供选择的答案

　　(1)A. 1190 B.1195 C. 1200 D.1205

　　(2)A. 504 B.507 C. 508 D.510

　　试题分析

　　本题考查的是计算机系统指令流水线方面的基础知识。根据题意可以看到，在此流水线中按串行方式执行完100条指令要用1200△t。采用流水方式执行，执行的总时间的关键取决于最长的执行时间，所以执行完100条的时间为：4Δt+3Δt+5Δt+(100-1)*5Δt = 507Δt。

　　试题答案

　　C B

　　例题2

　　现采用4级流水线结构分别完成一条指令的取指、指令译码和取数、运算，以及送回运算结果4个基本操作，每步操作时间依次为60 ns，100 ns，50 ns和70 ns。该流水线的操作周期应为 A ns。若有一小段程序需要用20条基本指令完成(这些指令完全适合于流水线上执行)，则得到第一条指令结果需 B ns，完成该段程序需 C ns。

　　在流水线结构的计算机中，频繁执行 D 指令时会严重影响机器的效率。当有中断请求发生时，采用不精确断点法，则将 E 。

　　供选择的答案

　　A：①50 ②70 ③100 ④280

　　B：①100 ②200 ③280 ④400

　　C：①1400 ②2000 ③2300 ④2600

　　D：①条件转移 ②无条件转移 ③算术运算 ④访问存储器

　　E：①仅影响中断反应时间，不影响程序的正确执行

　　②不仅影响中断反应时间，还影响程序的正确执行

　　③不影响中断反应时间，但影响程序的正确执行

　　④不影响中断反应时间，也不影响程序的正确执行

　　试题分析

　　本题主要考查对流水线技术的掌握。

　　对于CPU来说，流水线技术实际上是一种以增加硬件换取性能的方式：把一条指令分解成多条更小的指令，由不同的处理单元来处理，在理想的满负荷运行状态下，执行一条指令的时间虽然没有减少，但是由于多个处理单元同时工作，在同一时间上可以执行不同指令的不同部分，从而使得总体的执行时间大大减少。流水线的操作周期取决于基本操作中最慢的那个。这里最慢的是100 ns，所以操作周期是100 ns。在流水线中，其实每一条指令的执行时间并没有减少，而第一条指令的执行并没有体现流水线的优势，它在4个操作周期后才能执行完成，这以后每个操作周期都能完成一条指令的执行。

　　影响流水线效率的重要因素有条件转移指令和中断，因为它们打断了流水线，使得流水线不得不重新装载。

　　不精确断点法实现简单，但是要等到流水线内的指令完成之后再响应中断。

　　试题答案

　　A.③ B.④ C.③ D.① E.②

　　上面的两个例题，都是软考当中出现过的真题。我们可以看出，两个题在计算流水线时间方面，标准并不是统一的。

　　在例题1中：

　　4Δt+3Δt+5Δt+(100-1)*5Δt = 507Δt。

　　而在例题2中：

　　100ns+100ns+100ns+100ns+(20-1)*100ns=2300ns

　　这两种计算方法，都是在套用公式："第1条指令的执行时间+(指令条数-1)*流水线操作周期"，而对于"第1条指令的执行时间"的理解并不相同。在例题1中，第1条指令的执行时间是将指令执行时的几个阶段所需时间相加得到，而在例题2中，认为每一个阶段所需时间都是流水线的周期时间。其中前者是流水线的理论计算方法，而后者是我们在设计硬件流水线时，常用的方式。两种计算方法，从理论上来讲，都是正确的，但考试时，只有一个是正确答案。那么我们应该怎么做呢?由于每次考试中，无论认可的是哪种计算方式，都只会把这种计算方式的正确答案放入选项中，而不会将两个正确答案都放入，所以我们在用一种方式不能得到正确选项时，应采用另一种方式进行计算，来得到正确答案。