计算机组成原理 第五版 习题答案

第九章

1. 略 2. 【解】

① 设三个子过程为取指令（IF）、指令译码（ID）、指令执行（EX），则指令顺序执行

和流水执行方式时空图如图 9.1（a）和（b）所示。

S

I1 I2 EX I1 I2 ID I1 I2 IF I1 I2 0 t

1T 2T 3T 4T 5T 6T （a）顺序执行时空图 I1 I2 I3 I4EX I1 I2 I3 I4ID I1 I2 I3 I4 I5IF I1

I2

I3

I4

I5

0 t

1T 2T 3T 4T 5T 6T （b）流水执行时空图 图 9.1 指令执行方式时空图 ② 顺序执行方式：n = 1000 条，T = 100ns总时间： t1 = 3??n ??t ??3?1000 ?100 ??300000ns流水执行方式： t2 ??(n ??2)T ??1002 ?100 ??100200ns③ 加速比： Se ??t1 / t2 ??300000 /10020 ??2.999倍36

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3. 【解】

④ 设 k=4 个，流水段为取指（s1）、译码（s2）、执行（s3）、存结果（s4）。

s 空间 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8s4 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 n=8 s3 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 ts2 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 s1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 0 ?t ?t ?t ?t 时间k ???t (n-1) ???t Tk图 9.2 n=8 条指令流水时空图 ⑤ 从图 9.2 看出，用 k=4 个时钟周期（ ?t ）完成第 1 条指令，其余 n-1 个时钟周期完

成 n-1 条指令。因此流水线完成 n 条指令所需的总时间为 Tk ??(k ??n ?1)?t

根据定义，吞吐率 P 为

P ??n ? n

k (k+n ?1)?t

⑥ 顺序执行 n 条指令所用的总时间 T0 为

T0 ??(k ???t) ??n

根据定义，加速比的公式为

S T0 nk?t nk e

??T?(k ??n -1)?t ? k k ??n ?14. D 5. C 6．C

7. 【解】

设总指令数为 m，并行指令数为 m（P），顺序指令数为 m（S），则总执行时间 T 为：

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T ??m m( P) m(S ) mF m(1 ??F ) ??????nx x nx x

有效 MIPS 表达式为：

m MIPS ????

m T

mF m(1 ??F ) ??mF ??nm ??nmF ? nx n(1??F ) ??F8．【解】 在上式中代入已nx ??x nx

知条件：

64 ? 32 ??8 32(1??F ) ??F

9．【解】 求得 F＝0.90=90%。

设加速比为 k，可加速部分比例为 Fe ，理论加速比为 Se ，根据 Amdahl 定律：

k ?

1 (1- Fe ) ??Fe / Se

为了简单化，假设程序只在两种模式下运作：（1）使用所有处理机的运行模式；（2）只用 一个处理机的串行模式。假设并行模式下的理论加速比 Se 即为多处理机的台数，加速部 分的比例 Fe 即并行部分所占的比例，代入上式有：

80 ??

1

(1- Fe ) ??Fe /100求得并行比例 Fe = 0.9975 = 99.75%，串行比例 1- Fe = 0.25%

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