计算机系统基础习题

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 A B C D E
M1 1 2 2 3 4
M2 2 2 4 5 6
请回答下列问题：
（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？

（1）

首先，理解MIPS—— million instruction per second 每秒执行多少几百万条指令

联系题目给的时钟频率——1GHz和1.5GHz

$Ps:"1G"的G在这里并不是具体储存数据的多少，而是10的9次方，十亿$

$其实可以就把G当作科学计数法10的n次方去看$

（源于——1G=1000M=1000 000KB=1000 000 000B）

$1GHz即为1X10^{9}Hz，然后1/f，则表示1X10^{-}9s=1ns$

$即表示一个时钟的周期为1ns$

那么，在一秒内，机器M1和M2分别会有1G和1.5G个时钟周期

用总的时钟周期除以一条指令所需的时钟周期，则为可执行的指令数

$回到问题——峰值MIPS，则需要找哪条指令需要最少的clock$

对M1： 1G/1=1G=1000M 则峰值MIPS为1000MIPS （M表示百万 million）

对M2：1.5G/2=0.75G=750M 则峰值MIPS为1000MIPS

(2)

首先，平均的CPI是很容易求的

M1: (1+2+2+3+4)/5=2.4

M2:(2+2+4+5+6)/5=3.8

$然后，给定N条指令，看他们执行的时间即可比较快慢$

M1: 2.4N/1=2.4N(ns)

M2:3.8N/1.5=2.53N(ns)

$(2.4N为需要的总时钟数，除以时钟频率，即为所需时间)$

$(关系类似与路程除以速度等于时间)$

则M1快，每条指令比M2快了0.13ns

$当N=1时，即是“每条指令”的情况$