假设一条指令的执行过程分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的时间分别为∆t,2∆t和3∆t，写出仅“取指令”和“执行”重叠连续执行n条指令所需要的时间表达式

仅“取指令”和“执行”重叠连续执行n条指令所需要的时间表达式为：

t = n * (3∆t) - ∆t

解释：每条指令的执行时间为取指令时间和执行时间之和，即4∆t。如果n条指令重叠执行，则每条指令的取指令和执行阶段都是重叠的，因此取指令时间只需要算一次，而执行时间需要算n次。所以总时间为 n * (3∆t + ∆t) - ∆t，简化后得到 t = n * (3∆t) - ∆t。

相关问题

某计算机一条指令的执行过程可分为取指令4t、分析取数5t、执行4t三个阶段。现有100条指令，若以串行方式执行，共需 ，若以流水线方式执行，共需 。所以通过流水线技术可以极大的提高指令的执行速度。

某计算机100条指令的串行执行时间可以计算为：

串行执行时间 = (取指令时间 + 分析取数时间 + 执行时间) * 指令条数
= (4t + 5t + 4t) * 100
= 13t * 100
= 1300t

流水线方式执行时，每个阶段的处理时间可以重叠，因此总执行时间可以缩短。假设流水线有3个阶段（取指令、分析取数、执行），则每个阶段的时间分别为：

取指令时间 = 4t
分析取数时间 = 5t
执行时间 = 4t

由于流水线的特性，可以同时进行多条指令的不同阶段，因此流水线执行时间可以计算为：

流水线执行时间 = max(取指令时间, 分析取数时间, 执行时间) + (指令条数 - 1) * min(取指令时间, 分析取数时间, 执行时间)
= max(4t, 5t, 4t) + (100 - 1) * min(4t, 5t, 4t)
= 5t + 99 * 4t
= 401t

所以通过流水线技术执行100条指令所需的时间为401t，相比串行执行的1300t，流水线技术能够极大地提高指令的执行速度。

某 16 位计算机中，带符号整数用补码表示，数据 Cache 和指令 Cache 分离。（下表给出了指令系统中部分指令格式，其中 Rs 和 Rd 表示寄存器，mem 表示存储单元地址，（x）表示寄存器 x 或存储单元 x 的内容。） 该计算机采用 5 段流水方式执行指令，各流水段分别是取指（IF）、译码/读寄存器（ID）、执行/计算有效地址（EX）、访问存储器（M）和结果写回寄存器（WB），流水线采用“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发技术处理数据相关，并且同一寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行,若在某个时间段中，有连续的 4 条指令进入流水线，在其执行过程中没有发生任何阻塞，则执行这 4 条指令所需的时钟周期数为多少？

这是一道比较复杂的计算机组成原理问题，需要结合指令格式、流水线结构和时序分析进行计算。下面是详细的解题步骤：

1. 根据指令格式，可以发现这个计算机的指令系统中有三种类型的指令：R 型指令、I 型指令和 J 型指令。其中，R 型指令和 I 型指令都需要进行读寄存器操作，而 J 型指令不需要。

2. 根据流水线结构，可以将 5 个流水段的操作分别列出来，并根据指令类型确定需要进行的操作，如下所示：

IF：取指令；
ID：译码和读寄存器（R 型和 I 型指令需要）；
EX：计算有效地址（I 型指令需要）和执行（R 型指令需要）；
M：访问存储器（I 型指令需要）；
WB：写回寄存器。

3. 根据“按序发射，按序完成”的流水线方式，可以发现在同一时刻只能有一条指令在同一流水段中执行，而同一寄存器的读和写操作不能在同一时钟周期内进行，因此需要考虑数据相关的情况。

4. 假设有连续的 4 条指令进入流水线，它们分别为指令 1、指令 2、指令 3 和指令 4。在执行过程中，需要考虑以下数据相关情况：

指令 2 的读寄存器操作需要等到指令 1 的写回寄存器操作完成后才能进行；
指令 3 的读寄存器操作需要等到指令 2 的写回寄存器操作完成后才能进行；
指令 4 的读寄存器操作需要等到指令 3 的写回寄存器操作完成后才能进行。

5. 根据上述数据相关情况，可以得出每个流水段需要的时钟周期数，并计算出执行这 4 条指令所需的总时钟周期数，如下所示：

IF：4 个时钟周期；
ID：指令 1 和指令 2 需要 2 个时钟周期，指令 3 和指令 4 需要 1 个时钟周期；
EX：指令 1 和指令 3 需要 1 个时钟周期，指令 2 和指令 4 需要 2 个时钟周期；
M：指令 2 和指令 3 都需要 1 个时钟周期；
WB：指令 1 和指令 3 需要 1 个时钟周期，指令 2 和指令 4 需要 2 个时钟周期。

总时钟周期数 = IF + max(ID) + max(EX) + max(M) + max(WB) = 4 + 2 + 2 + 1 + 2 = 11。

因此，执行这 4 条指令所需的时钟周期数为 11 个。