问答题
下面是一段MIPS指令序列：
add $t1, $s1, $s0
#R[$t1]←R[$s1]+R[$s0]
sub $t2, $s0, $s3
#R[$t2]←R[$s0]-R[$s3]
add $t1, $t1, $t2
#R[$t1]←R[$t1]+R[$t2]
假定在一个采用“取指、译码/取数、执行、访存、写回”的五段流水线处理器中执行上述指令序列，请回答下列问题：
问答题
以上指令序列中，哪些指令之间发生数据相关?
【正确答案】因为第1条和第3条指令都会更新第3条指令用到的寄存器的值，有可能导致第3条指令取操作数时得到的是更新前的数据，这样，第3条指令就不能正确执行，所以，第1条和第3条指令、第2条和第3条指令之间发生数据相关。
【答案解析】
问答题
若不采用“转发”技术的话，需要在何处、加入几条nop指令能保证这段指令序列的执行避免数据冒险。
【正确答案】不采用“转发”技术的话，就只能通过在第3条指令前加nop指令来延迟第3条指令的执行。因为只有第2条指令把数据写回到寄存器$t2后(因第1条指令比第2条早完成，故此时第一条指令已经把数据写回到寄存器$t1中)，第3条指令才能从$t2取到正确的值，所以第2条指令的“写回”流水段后面才应该是第3条指令的“译码/取数”流水段，为此，在第2条和第3条指令之间必须插入3条nop指令，见表1。
{{B}}表1 在第2条和第3条指令之间插入3条nop指令{{/B}}
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| 指令 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
| 1 |
取指 |
译码/取数 |
执行 |
访存 |
写回 |
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| 2 |
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取指 |
译码/取数 |
执行 |
访存 |
写回 |
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| nop |
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|
| nop |
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| nop |
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| 3 |
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取指 |
译码/取数 |
执行 |
访存 |
写回 |
【答案解析】
问答题
如果采用“转发”技术，是否可以完全解决数据冒险?若不行，需要在何处，加入几条nop指令，才能使这段指令序列的执行避免数据冒险。
【正确答案】采用“转发”技术，上述程序段可以完全避免数据冒险。只要把第1条指令“访存”段结束时在流水线寄存器中的$t1的值和第2条指令“执行”段结束时在流水段寄存器中的$t2的值同时“转发”到第3条指令的“执行”段内的ALU的两个输入端，这样，在ALU中运算的两个操作数都是正确的值，不会发生数据冒险，无需再插入nop指令，见表2。
表2 不插入nop指令的指令序列
[*]
【答案解析】
问答题
在上面两种情况下，执行上述3条指令的CPI分别是多少?(保留小数点后一位)
【正确答案】在第二种情况下，不采用“转发”技术来执行上述3条指令，则需要的时钟周期数为10，故CPI为10/3=3.3。
在第四种的情况下，采用“转发”技术来执行上述3条指令，则需要的时钟周期数为7，故CPI为7/3=2.3。
【答案解析】