计算机组成原理之计算机性能习题解析

 

1.某计算机主频1.2GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示：

指令类型	所占比例	CPI
A	50%	2
B	20%	3
C	10%	4
D	10%	5

该机的MIP数是（C）

A.100             B.200             C.400             D.600

 

解析：某计算机主频为1.2GHz，说明计算机每秒钟含有1.2x10^9个时钟周期，时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

CPI(Cycles per instruction):指的是一条指令所需要的时钟周期数。程序的综合CPI=∑第i类指令的CPI*第i类指令的条数。所以，程序总的CPI=2*50%+3*20%+4*10%+5*10%=3。所以，一条指令所需要3个时钟周期。1.2*10^9个时钟周期（1s）内，可以执行（1.2*10^9）/3=0.4*10^9。

MIPS数是指计算机每秒钟能执行多少个100万条指令。由于该计算机1s内能执行0.4*10^9条指令，所以，能执行(0.4*10^9)/(10^6)=0.4*10^3。

 

 

2.假定计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构（ISA），主频分别是1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2运行某基准测试程序P，平均CPI分别是2和1，则P在M1和M2运行时间的比值是（C）

A.0.4              B.0.625           C.1.6              D.2.5

 

解析：

M1的时钟周期=1/（1.5*10^9）。M2的时钟周期=1/（1.2*10^9）。M1的CPI是2，说明，M1机器上，执行一条指令平均需要2个时钟周期。M1上执行一条指令需要t1=2*1/（1.5*10^9），M2上执行一条指令需要t2=1*1/（1.2*10^9）。所以运行时间的比值t1:t2=1.6。

 

 

3.程序在机器M上的执行时间是20s，编译优化之后，P的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（D）

A.8.4s            B.11.7s           C.14.0s           D.16.8s

 

解析：

CPU的执行时间=CPI*程序指令条数*时钟周期数。也就是一条指令需要的时钟周期*指令条数*时钟周期数。本题中，编译优化之后，指令条数减少到原来的70%，CPI增加到原来的1.2倍，由于优化之后时钟周期数不变，则优化之后CPU的执行时间=新的CPI*新的程序指令条数*时钟周期数，即就是，1.2CPI*70%*指令条数*时钟周期数=1.2*70%*原来的CPU执行时间=1.2*70%*20=16.8s。

 

4.假设某程序P在机器M1上运行需要10s，M1的时钟频率为2GHz。设计人员想开发一种与M1具有相同ISA的新机器M2。采用新的技术可以提高M2的时钟频率，但是同时也会使CPI增加。假定P程序在M2上的时钟周期数是在M1上的1.5倍，则M2的时钟频率至少到达多少才能使P在M2上的运行时间缩短为6s？

解析：P在M1上的时钟周期数为10*2GHz=2*10^10

       P在M2上的时钟周期数为1.5*2*10^10=3*10^10

       P在M2上运行时间缩短为6s，时钟频率为(3*10^10)/6=0.5/10^10=5GHz