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当前 - 选择题 - 流水线技术中等
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2014年5月第43题
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#计算机组成原理
#流水线技术
#第二版教材
#凯恩建议必须掌握
流水线技术是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法。对于一个 k 段流水线，假设其各段的执行时间均相等（设为 t ），输入到流水线中的任务是连续的理想情况下，完成 n 个连续任务需要的总时间为（问题1）。若某流水线浮点加法运算器分为 5 段，所需要的时间分别是 6ns、7ns、8ns、9ns 和 6ns，则其最大加速比为（问题2）。
正确答案B
凯恩解析
本题考察的是流水线的时空图与吞吐率/加速比计算、瓶颈时钟周期由最长段决定等关键概念。
问题1（完成 n 个任务的总时间公式）
理想等时段流水线中，首个任务需要经过 k 个段，耗时为 kt；之后每增加 1 个任务，只需再增加 1 个时钟周期 t。因此 n 个连续任务的总时间为首个任务的 kt 加上后续 (n-1) 个周期，共 (k+n-1)t。
所以选择 B。
问题2（最大加速比）
非流水线顺序执行一次浮点加法的时间为各段之和：
单次时间 T0_op = 6 + 7 + 8 + 9 + 6 = 36 ns。
流水线工作时，时钟周期由最长段决定：
时钟周期 Tc = max{6,7,8,9,6} = 9 ns。
当连续处理 n 个操作时：
流水线总时间 Tk =36+9(n-1) ns。
非流水线总时间 T0 = n × 36 ns。
加速比 S(n) = T0 / Tk = 36n / [36+9(n-1) ] = 4n / (n+4-1)。
最大加速比取极限 n→∞：Smax = 。
A选项 4：等于 36/9，达到理论最大加速比，正确。
所以选择 A。