软件设计师-计算机基础复习4-指令相关计算

指令周期：取出（解释）并执行一条指令所需的时间。

完成一条指令（一个指令周期）可分为：取指、分析、执行三个阶段。

指令流水技术：指令步骤的执行、提高处理器执行指令的效率。

（1）顺序方式顺序串行执行，执行完一条指令后才取下一条指令。速度慢。效率低。

（2）重叠方式解释完成当前指令就开始下一条指令的取值阶段

（3）流水方式流水线周期：执行时间最长的一段

理论公式： $(t_{1}+t_{2}+...+t_{k})+(n-1)*\Delta t$

实践公式： $(k+n-1)*\Delta t$

例题：指令流水线分为取值、分析和执行三个部分，三部分时间分别为2ns,2ns,1ns。流水线周期？100条指令全部执行完毕需要的时间？

按照公式计算：理论公式：（2+2+1）+（100-1）*2=203

实践公式：（3+100-1）*2=204

流水线的吞吐率和最大吞吐率：单位时间内流水线处理机流出的结果数。对指令来说就是单位时间内执行的指令数。

TP=指令条数/流水线执行时间

$TP_{max}=\lim_{n \to\infty }\frac{ n}{(k+n-1)*\Delta t}=\frac{1}{\Delta t}$

流水线加速比：S=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间

例题：指令取指2 $\Delta t$ ，分析1 $\Delta t$ ，取操作数3 $\Delta t$ ，运算1 $\Delta t$ ，写回结果2 $\Delta t$ ，该流水线最大吞吐率（1）；输入10条指令，则流水线加速比为（2）。

（1）带入公式 $TP_{max}=\lim_{n \to\infty }\frac{ n}{(k+n-1)*\Delta t}=\frac{1}{\Delta t}$ ，

同时需要注意流水线周期为3 $\Delta t$ ，因此计算结果为 $\frac{1}{3\Delta t}$

（2）S=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间

不使用：（2 $\Delta t$ +1 $\Delta t$ +3 $\Delta t$ +1 $\Delta t$ +2 $\Delta t$ ） *10=90 $\Delta t$

使用：（2 $\Delta t$ +1 $\Delta t$ +3 $\Delta t$ +1 $\Delta t$ +2 $\Delta t$ ）+3 $\Delta t$ *（10-1）=36 $\Delta t$

S=90 $\Delta t$ /36 $\Delta t$ =5:2