内容发布更新时间 : 2024/11/17 6:35:32星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第 1 章 习 题 答 案

5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。 程序 P1 P2 M1 指令条数 200×106 300×103 执行时间(ms) 10000 3 指令条数 150×106 420×103 M2 执行时间(ms) 5000 6 请回答下列问题： （1） 对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？ （2） 在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度又各是多少？从执行速度

来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？ （3） 假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周

期数CPI各是多少？ （4） 如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，

该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2？为什么？（提示：从性价比上考虑） （5） 如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时

间，那么，应该选择M1还是M2？为什么？

参考答案：

（1） 对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。

（2） 对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/0.003=100MIPS。

对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/0.006=70MIPS。

从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。 （3） 在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×106)=40。

在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×1.2G/(150×106)=40。

（4） 考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性

能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。故性价比R为：

R=1/(执行时间×价格)

R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。 因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。应选择M2。

（5） P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：执行时间总和、算术平均、几何平均。

若用算术平均方式，则：因为 (10+0.003)/2×5000 > (5+0.006)/2×8000，所以M2的性价比高，应选择M2。

若用几何平均方式，则：因为sqrt(10×0.003) ×5000 < sqrt(5×0.006) ×8000，所以M1的性价比高，应选择M1。

6．若机器M1和M2具有相同的指令集，其时钟频率分别为1GHz和1.5GHz。在指令集中有五种不同类型的指令A~E。下表给出了在M1和M2上每类指令的平均时钟周期数CPI。 机器 M1 M2 请回答下列问题：

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A 1 2 B 2 2 C 2 4 D 3 5 E 4 6

（1）M1和M2的峰值MIPS各是多少？

（2）假定某程序P的指令序列中，五类指令具有完全相同的指令条数，则程序P在M1和M2上运行时，哪台机器更快？快多少？在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI各是多少？ 参考答案：

（1）M1上可以选择一段都是A类指令组成的程序，其峰值MIPS为1000MIPS。

M2上可以选择一段A和B类指令组成的程序，其峰值MIPS为1500/2=750MIPS。 （2）5类指令具有完全相同的指令条数，所以各占20%。

在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI分别为： M1：20%×(1+2+2+3+4)= 0.2×12 = 2.4

M2：20%×(2+2+4+5+6)= 0.2×19 = 3.8

假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：

M1：2.4× N×1/1G = 2.4N (ns) M2：3.8×N×1/1.5G = 2.53 N (ns)

M1执行P的速度更快，每条指令平均快0.13ns，也即M1比M2快0.13/2.53×100%≈5%。 （思考：如果说程序P在M1上执行比M2上快 (3.8–2.4)/3.8×100%= 36.8%，那么，这个结论显然是错误的。请问错在什么地方？）

7．假设同一套指令集用不同的方法设计了两种机器M1和M2。机器M1的时钟周期为0.8ns，机器M2的时钟周期为1.2ns。某个程序P在机器M1上运行时的CPI为4，在M2上的CPI为2。对于程序P来说，哪台机器的执行速度更快？快多少？ 参考答案：

假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：

M1：4 N×0.8 = 3.2N (ns) M2：2 N×1.2 = 2.4 N (ns)

所以，M2执行P的速度更快，每条指令平均快0.8ns，比M1快0.8/3.2×100%=25%。

8．假设某机器M的时钟频率为4GHz，用户程序P在M上的指令条数为8×109，其CPI为1.25，则P在M上的执行时间是多少？若在机器M上从程序P开始启动到执行结束所需的时间是4秒，则P占用的CPU时间的百分比是多少？ 参考答案：

程序P在M上的执行时间为：1.25×8×109×1/4G = 2.5 s，从启动P执行开始到执行结束的总时间为4秒，其中2.5秒是P在CPU上真正的执行时间，其他时间可能执行操作系统程序或其他用户程序。 程序P占用的CPU时间的百分比为：2.5/4 = 62.5%。

9．假定某编译器对某段高级语言程序编译生成两种不同的指令序列S1和S2，在时钟频率为500MHz的

机器M上运行，目标指令序列中用到的指令类型有A、B、C和D四类。四类指令在M上的CPI和两个指令序列所用的各类指令条数如下表所示。 各指令的CPI S1的指令条数 S2的指令条数 A 1 5 1 B 2 2 1 C 3 2 1 D 4 1 5

请问：S1和S2各有多少条指令？CPI各为多少？所含的时钟周期数各为多少？执行时间各为多少？ 参考答案：

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S1有10条指令，CPI为 (5×1+2×2+2×3+1×4)/10=1.9, 所含的时钟周期数为10×1.9=19，执行时间为19/500M = 38ns。

S2有8条指令，CPI为 (1×1+1×2+1×3+5×4)/8 =3.25, 所含的时钟周期数为8×3.25=26，执行时间为26/500M = 52ns。

（注：从上述结果来看，对于同一个高级语言源程序，在同一台机器上所生成的目标程序不同，其执行时间可能不同，而且，并不是指令条数少的目标程序执行时间就一定少。）

10．假定机器M的时钟频率为1.2GHz，某程序P在机器M上的执行时间为12秒钟。对P优化时，将其

所有的乘4指令都换成了一条左移2位的指令，得到优化后的程序P?。已知在M上乘法指令的CPI为5，左移指令的CPI为2，P的执行时间是P?执行时间的1.2倍，则P中有多少条乘法指令被替换成了左移指令被执行？ 参考答案：

显然，P?的执行时间为10秒，因此，P比P?多花了2秒钟，因此，执行时被换成左移指令的乘法指令的条数为1.2G×2/(5–2) = 800M。

第 二 章 习 题 答 案

3．实现下列各数的转换。

（1） (25.8125)10= (?)2= (?) 8= (?) 16

（2） (101101.011)2 = (?)10= (?) 8= (?) 16= (?) 8421

（3） (0101 1001 0110.0011)8421 = (?)10= (?) 2= (?) 16 （4） (4E.C)16 = (?)10= (?) 2 参考答案：

（1） (25.8125)10 = (1 1001.1101)2 = (31.64) 8 = (19.D) 16

（2）(101101.011)2 = (45.375)10 = (55.3) 8 = (2D.6) 16 = (0100 0101.0011 0111 0101) 8421

（3）(0101 1001 0110.0011)8421 = (596.3)10 = (1001010100.01001100110011…) 2 = (254.4CCC…) 16 （4）(4E.C)16 = (78.75)10 = (0100 1110.11) 2

4． 假定机器数为8位（1位符号，7位数值），写出下列各二进制数的原码和补码表示。

+0.1001，–0.1001，+1.0，–1.0，+0.010100，–0.010100，+0，–0 参考答案：

原码 补码 +0.1001： 0.1001000 0.1001000 –0.1001： 1.1001000 1.0111000 +1.0： 溢出 溢出 –1.0： 溢出 1.0000000 +0.010100： 0.0101000 0.0101000 –0.010100： 1.0101000 1.1011000 +0： 0.0000000 0.0000000 –0： 1.0000000 0.0000000

5． 假定机器数为8位（1位符号，7位数值），写出下列各二进制数的补码和移码表示。

+1001，–1001，+1，–1，+10100，–10100，+0，–0 参考答案：

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