第八章作业
(1). 因为PC=PC+2，所以没有跳转的时候，PC的增量是两个单位；每条指令占2个字节，所以PC的增量应该是两个字节，所以一个单位的长度是一个字节
(2). 数据通路如下
- 若
RegWr=0，那么所有需写结果到寄存器的指令都不能正确执行 - 若
ALUASrc=0，则jal可能不能正确执行，比如当指令中的目标寄存器rd不是x0时，需要将PC+4存入rd中，但由于ALUASrc=0，PC不能作为ALU的输入，因而会执行错误 - 若
Branch=0，则B型指令可能出错 - 若
Jump=0，则J型指令出错 - 若
MemWr=0，则store类指令出错 - 若
MemtoReg=0，则load类指令出错
若
RegWr = 1，则所有不需要写结果到寄存器的指令不能正确执行若
ALUASrc = 1，则所有需要寄存器值作为 ALU A 输入源的指令不能正确执行，因为 ALU 的 A 输入端始终来自 PC 而不是寄存器文件若
Branch = 1：所有非 branch 类指令可能不能正确执行若
Jump = 1：所有非 jump 类指令)不能正确执行若
MemWr = 1：所有非 store 类指令不能正确执行若
MemtoReg = 1：所有需要写寄存器但非 load 类指令不能正确执行
(1). 高级语言程序：
a = a ^ b; b = a ^ b; a = a ^ b;于是可得指令如下：
xor rs, rs, rt xor rt, rs, rt xor rs, rs, rt(2). 假设是单周期CPU，所以所有指令的执行时间相同。设swap指令的比例是\(x\)，于是：
- 采用软件：\(3x+(1-x)=2x+1\)
- 采用硬件：\(1.1(x+(1-x))=1.1\)
于是当\(1.1<2x+1\)，即\(x>0.05\)的时候，用硬件更好
(3).
- 对于单周期CPU，由于一个周期只可以写一次寄存器，所以不行
- 对于多周期CPU，由于一个周期可以写多次寄存器，所以可以
(1). 不能，瓶颈是存储单元的200ps，缩小非瓶颈的执行时间没有意义
(2). 不能，此时ALU操作时间为180ps，仍然不是瓶颈
(3). 此时ALU的操作时间是210ps，变成了瓶颈，会让流水线的执行速度降低
假设插入的流水线寄存器的个数定了并且各个阶段的执行时间确定，那么划分出来的各个阶段越均匀是越好的，于是可以得出下面的结果：
(1). 插入到C和D之间最均匀，此时最长的功能段执行时间为170ps，加上流水线寄存器的20ps，得到190ps；所以指令吞吐率为\(\frac{1s}{190ps}=5.26G\)条指令，指令执行时间为\(2\times 190ps=380ps\)
(2). 插入到B和C，D和E之间最均匀，此时最长的功能段执行时间为110ps，加上流水线寄存器的20ps，得到130ps；所以指令吞吐率为\(\frac{1s}{130ps}=7.69G\)条指令，指令执行时间为\(3\times 130ps=390ps\)
(3). 插入到A和B，C和D，D和E之间最均匀，此时最长的功能段执行时间为90ps，加上流水线寄存器的20ps，得到110ps；所以指令吞吐率为\(\frac{1s}{110ps}=9.09G\)条指令，指令执行时间为\(4\times 110ps=440ps\)
(4). 插入到A和B、B和C、C和D、D和E之间可以让吞吐率最大，此时最长的功能段执行时间为80ps，加上流水线寄存器的20ps，得到100ps；所以指令吞吐率为\(\frac{1s}{100ps}=10G\)条指令，指令执行时间为\(5\times 100ps=500ps\)
下面假设是单周期CPU
(1). 第1和第2条、第2和第3条、第2条和第4条、第3条和第4条指令之间有数据相关
(2). 需要插入3条nop，因为读寄存器是第二阶段，写寄存器是第五阶段，相差三个阶段
(3). 前面三条指令的数据冒险可以通过转发解决，但是还需要在lw和add之间插入一条nop
第1和第2条、第6和第7条指令之间有数据冒险，将与第2和第3条指令无关的第4条指令插入第2条指令之前，将与第6和第7条无关的第5条指令移动到第6条指令之后，如下：
lw s2, 100(s6) add s6, s4, s7 add s2, s2, s3 lw s3, 200(s7) lw s2, 300(s8) sub s3, s4, s6 beq s2, s8, Loop(1). 第4条和第5条指令之间有冒险，跳转指令(第五条bne指令)被阻塞一个时钟
(2). 第六条add指令会被阻塞1个周期；第七条无条件跳转指令会被阻塞，若其指令更新阶段在EX执行那么要阻塞两个周期否则只需要阻塞一个周期