简答题

假设数据通路中各主要功能单元的操作时间为：存储单元：200ps；ALU和加法器：100ps；寄存器堆读口或写口：50ps。程序中指令的组成比例为：取数25%、存数10%、ALU52%、分支11%、跳转2%。假设时钟周期取存储器存取时间的一半，MUX、控制单元、PC、扩展器和传输线路等的延迟都忽略不计，则下面的实现方式中，哪个更快？快多少？
（1）单周期方式：每条指令在一个固定长度的时钟周期内完成；
（2）多周期方式：每类指令时钟数：取数-7，存数-6，ALU-5，分支-4，跳转-4；
（3）流水线方式：取指1、取指2、取数/译码、执行、存取1、存取2、写回7段流水线；没有结构冒险；数据冒险采用“转发”技术处理；load指令与后续各指令之间存在依赖关系的概率分别1/2、1/4、1/8、…；分支延迟损失时间片为2，预测准确率为75%；不考虑异常、中断和访问失效引起的流水线冒险。

问答题在一个采用“取指、译码 取数、执行、访存、写回”的五段流水线中，若检测结果是否为“零”的操作在执行阶段进行，则分支延迟损失时间片（即分支延迟槽）为多少？以下一段MIPS指令序列中，在考虑数据转发的情况下，哪些指令执行时会发生流水线阻塞？各需要阻塞几个时钟周期？

问答题假定在一个带转发功能的五段流水线中执行以下程序段，则可以怎样调整以下指令序列使其性能达到最好？

问答题在不带转发的五段流水线中执行该程序，其CPI为多少？

问答题在带转发的五段流水线中执行该程序，其CPI为多少？

问答题以下指令序列中，哪些指令对发生数据相关？假定采用“取指、译码 取数、执行、访存、写回”五段流水线方式，那么不用“转发”技术的话，需要在发生数据相关的指令前加入几条nop指令才能使这段程序避免数据冒险？如果采用“转发”是否可以完全解决数据冒险？不行的话，需要在发生数据相关的指令前加入几条nop指令才能使这段程序不发生数据冒险？