8-流水线的计算题

例题：

一条指令的执行过程可以分解为取指、分析和执行三步，它们的执行时间分布为3△t、2△t、4△t，若按串行方式执行，则10条指令全部执行完需要（）△t；若按流水线的方式执行，流水线周期为（）△t，则10条指令全部执行完需要（）△t，流水线的吞吐率为（），加速比为（）流水线的效率为（）。

题目分析：

    串行执行10条指令（串行执行的过程如上图所示），那么10条指令需要 10 * （3△t + 2△t + 4△t） = 90△t

    流水线的周期为指令执行的各个子过程时间最长的一段， 三段的执行时间分布为 3△t、2△t、4△t，流水线的周期为4△t

    使用流水线技术执行10条指令的时间

    理论公式（根据上图理解公式）：

    （3△t + 2△t + 4△t） + （10 - 1）* 4△t = 45△t

    实践公式（根据上图理解公式）：

    实践公式中，流水线的建立时间是 指令执行的段数 * 指令的周期，

    3 * 4△t  + （10 - 1）* 4△t = 48△t

    理论公式存在争议： 实际执行的时候会增加复杂度，CPU设计的时候，如果需要单独处理第一条指令的执行时间，并进行累加，之后再计算剩下指令的执行时间，增加了实现的复杂度。

    而对于实践公式，只需要设计算法（k + n -1）*  Δt就可以。

流水线的吞吐率

    1. 指令条数为 10

    2. 流水线的执行时间为 45△t  

吞吐率为  10 / 45△t  

流水线的加速比

    1. 不使用流水线的执行时间90△t

    2. 使用流水线的执行时间45△t

    加速比为 90△t  / 45△t = 2

流水线的效率

    1. 10个任务占用的时空区：    10 *( 3△t + 2△t + 4△t ) = 90

    2. 10个任务占用的总时空区：

    长度： ( 3△t + 2△t  ) + 4△t  * 10 = 45△t

    宽度： 4

    总时空区 = 45△t * 4 = 180△t

3. 流水线的效率

45△t  / 180△t

最终完整的答案（计算结果一般不需要约分）

一条指令的执行过程可以分解为取指、分析和执行三步，它们的执行时间分布为3△t、2△t、4△t，若按串行方式执行，则10条指令全部执行完需要（ 90 ）△t；若按流水线的方式执行，流水线周期为（ 4 ）△t，则10条指令全部执行完需要（ 45 ）△t，流水线的吞吐率为（ 10 / 45△t  ），加速比为（ 2 ）流水线的效率为（ 45△t / 180△t ）。