内容发布更新时间 : 2024/5/20 12:48:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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1.21

假设在一台40MHz处理机上运行200000条指令的目标代码，程序主要由四种指令组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下： 指令类型 CPI 指令混合比 算术和逻辑 1 60% 高速缓存命中的加载/存储 2 18% 转移 4 12% 高速缓存缺失的存储器访问 8 10%

(a) 计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI (b) 根据(a)所得CPI，计算相应的MIPS速率。 解：

CPI??(CPIi?i?1nIi) IC(1)CPI?1?0.6?2?0.18?4?0.12?8?0.1?2.24

f40?106??17.86 (2)MIPS?CPI?1062.24?106

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1.24

假定你是一个计算机设计者，对高级语言结构的使用研究表明，过程调用是最常用的操作之一。你已设想了一个优化设计方案，它能减少过程调用和返回所需的取/存指令次数。为了进行验证，对未加优化和已优化的方案进行实验测试，假定所使用的是相同的优化编译器。实验测得的结果如下：

(1)未优化的时钟周期比优化的快5%；

(2)未优化方案中的取/存指令数占总指令数的30%；

(3)优化方案中的取/存指令数比未优化的少1/3，对于其他指令，两种方案的动态执行数没有变化；

(4)所有指令，包括取/存指令，均只需要1个时钟周期。

要求你定量地判断，哪一种设计方案的计算机工作速度更快。 解：

记新方案时钟周期为Tc，已知CPI = CPIi = 1 原时间 = CPI × IC × 0.95Tc = 0.95IC×Tc

新时间 = （0.3×2/3+0.7）× IC × Tc = 0.9IC×Tc 二者比较，新时间较短。

1.A1

某台计算机只有Load/Store 指令能对存储器进行读/写操作，其它指令只对寄存器进行操

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作。根据程序跟踪实验结果，已知每种指令所占的比例及CPI数如下： 指令类型 指令所占比例 CPI 算逻指令 43％ 1 Load指令 21％ 2 Store指令 12％ 2 转移指令 24％ 2 (1) 求上述情况下的平均CPI。 (2) 假设程序有M条指令组成。算逻运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中，另一个必须在算逻指令执行前用Load指令从存储器取到寄存器。因此有人建议增加另一种算逻指令，其特点是一个操作数取自寄存器，另一个操作数取自存储器，即寄存器?存储器类型，假设这种指令的CPI等于2。同时，转移指令的CPI变为3。求新指令系统的平均CPI。 解： (1)

CPI旧＝(0.43×1＋0.21×2＋0.12×2+0.24×2)=1.57 (2)

原算逻指令中的25％变成了寄存器?存储器型指令，所以算逻指令(寄存器?寄存器型)少了(0.25×0.43)M 条，Load指令少了(0.25×0.43)M 条，而(0.25×0.43)M 条的新指令为寄存器?存储器型指令。指令总数少了(0.25×43%)M条。

设执行算逻指令(寄存器?寄存器型) 、 Load指令、算逻指令(寄存器?存储器型) 、 Store指令和转移指令的周期总数分别为C1，C2，C3，C4，C5，所以:

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C1=(0.43-(0.25×0.43))M×1=0.3225M C2=(0.21-(0.25×0.43))M×2=0.205M C3=(0.25×0.43)M×2=0.215M C4=0.12M×2=0.24M C5=0.24×3M=0.72M

新指令总数N=（1-(0.25×0.43)）M=0.892 CPI新=（C1+C2+C3+C4+C5）/ N =1.7025M/0.8925M =1.908

1.A2

计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比如下： 部件加速比1=30 部件加速比2=20 部件加速比3=10

（1）如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时， 系统加速比才可以达到10？

（2）如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统 中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？

（3）如果相对某个测试程序三个部件的可改进比例分别为20%，20%和70%，要达到最好