2014 年 408 真题
2014 年 408 计算机组成原理 · 第 44 题
选中文字高亮 · 下划线
某程序中有如下循环代码段 P：“for (int i=0; i＜N; i++) sum += A[i];”。假设编译时变量 sum 和 i 分别分配在寄存器 R1 和 R2 中。常量 N 在寄存器 R6 中，数组 A 的首地址在寄存器 R3 中。程序段 P 起始地址为 08048100H，对应的汇编代码和机器代码如下表所示。
| 编号 | 地址 | 机器代码 | 汇编代码 | 注释 |
|---|---|---|---|---|
| I | 08048100H | 00022080H | loop: sll R4, R2, 2 | (R2)«2 → R4 |
| 2 | 08048104H | 00083020H | add R4, R4, R3 | (R4) + (R3) → R4 |
| 3 | 08048108H | 8C850000H | load R5, 0(R4) | ((R4) + 0) → R5 |
| 4 | 0804810CH | 00250820H | add R1, R1, R5 | (R1) + (R5) → R1 |
| 5 | 08048110H | 20420001H | add R2, R2, 1 | (R2) + 1 → R2 |
| 6 | 08048114H | 1446FFFAH | bne R2, R6, loop | if (R2)≠(R6) goto loop |
执行上述代码的计算机 M 采用 32 位定长指令字，其中分支指令 bne 采用如下格式：
Op 为操作码，Rs 和 Rd 为寄存器编号，OFFSET 为偏移量，用补码表示。请回答下列问题，并说明理由。
(1) M 的存储器编址单位是什么？
(2) 已知 sll 指令实现左移功能，数组 A 中每个元素占多少位？
(3) 题 44 表中 bne 指令的 OFFSET 字段的值是多少？已知 bne 指令采用相对寻址方式，当前 PC 内容为 bne 指令地址，通过分析题 44 表中指令地址和 bne 指令内容，推断出 bne 指令的转移目标地址计算公式。
(4) 若 M 采用如下“按序发射、按序完成”的 5 级指令流水线：IF（取指）、ID（译码及取数）、EXE（执行）、MEM（访存）、WB（写回寄存器），且硬件不采取任何转发措施，分支指令的执行均引起 3 个时钟周期阻塞，则 P 中那些指令的执行会由于数据相关而发生流水线阻塞？哪条指令的执行会发生控制冒险？为什么指令 1 的执行不会因为与指令 5 的数据相关而发生阻塞？