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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 I4
EX I1 I2 I3 I4
ID I1 I2 I3 I4 I5
IF 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： t1002 ?100 ??100200ns
2 ??(n ??2)T ??③ 加速比： Se ??t1 / t2 ??300000 /10020 ??2.999倍
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计算机组成原理 第五版 习题答案
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 I8
s4 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 s3 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 n=8 s2 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 s1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 0 t ?t ?t ?t ?t 时间 k ???t (n-1) ???t T
k 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
???1
T??k (k ??n -1)?t k ??n
4. 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：
MIPS ????m ?m nxT
mF m(1 ??F )?mF ??nm ??nmF ? n(1??F ) ??F
nx ?? x nx
8．【解】 在上式中代入已 知条件：
64 ? 32 ??8 32(1??F ) ??F
求得 F＝0.90=90%。
9．【解】
设加速比为 k，可加速部分比例为 F
e ，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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