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。
M1 程序 M2 指令条数 执行时间(ms) 指令条数 执行时间(ms) P1 200×106 10000 150×106 5000 P2 300×103 3 420×103 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 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？ 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)
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