计算机组成原理多思实验四
时间: 2023-10-04 18:13:12 浏览: 75
思考题一:单周期CPU与多周期CPU有何区别?
单周期CPU和多周期CPU是两种不同的计算机设计架构。单周期CPU的每个指令周期都是固定的,一个指令周期包含了所有的操作,包括取指令、译码、执行、存储器访问等,这样可以简化CPU的设计,但是会导致效率较低。而多周期CPU的每个指令周期可以被分成若干个阶段,每个阶段执行一个指令的某个操作,这样可以提高CPU的效率,但是也会使得CPU的设计变得更加复杂。
思考题二:冒险的种类有哪些?如何解决数据冒险?
冒险是指在CPU执行指令的过程中出现的数据相关性问题,主要包括以下三种:
1. 数据冒险:当一个指令需要使用另一个指令尚未计算出的数据时,就会出现数据冒险;
2. 控制冒险:当程序需要根据某个条件来选择下一条指令时,但是该条件在后面的指令中才能被计算出来时,就会出现控制冒险;
3. 结构冒险:当多个指令需要访问CPU中同一块硬件资源时,就会出现结构冒险。
解决数据冒险的方法主要有以下几种:
1. 数据旁路:在数据冒险时,将数据从其他地方获取,而不是等待上一条指令的结果;
2. 暂停流水线:当出现数据冒险时,暂停流水线的执行,等待数据就绪后再恢复执行;
3. 重排列指令:将指令序列进行重排,使得需要使用数据的指令在数据就绪之后再执行;
4. 插入气泡:在数据冒险时,将流水线中一些指令暂停执行,插入一些无用指令,以便让数据就绪后再执行后面的指令。
思考题三:什么是乱序执行?它有何优缺点?
乱序执行是一种指令级并行技术,它可以在不改变程序语义的情况下,将一些指令的执行顺序进行调整,以便提高CPU的执行效率。乱序执行的优点主要有以下几点:
1. 提高了指令级并行性:乱序执行可以将一些指令的执行顺序进行调整,以便在不改变程序语义的情况下,尽可能地提高指令的并行度;
2. 可以隐藏一些延迟:由于乱序执行可以调整指令的执行顺序,因此可以将一些延迟较长的指令向后移动,从而隐藏一些延迟;
3. 可以减少流水线中的气泡:由于乱序执行可以调整指令的执行顺序,因此可以使得流水线中的指令尽可能地紧密排列,从而减少流水线中的气泡。
乱序执行的缺点主要有以下几点:
1. 硬件复杂度较高:乱序执行需要使用复杂的硬件来实现,因此其硬件复杂度较高;
2. 可能会导致指令乱序:在一些情况下,乱序执行可能会导致指令的执行顺序出现问题,从而导致结果错误;
3. 可能会增加功耗:由于乱序执行需要使用复杂的硬件来实现,因此可能会增加功耗。
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