计组第一节作业

名词解释

• 中央处理器：用于指令的执行，为计算机的核心部件。主要包含数据通路和控制器
• 数据通路：包含算数逻辑部件和通用寄存器
• 算数逻辑部件：用来执行算数和逻辑运算等操作的逻辑电路
• 控制器：对指令进行译码，生成对应的控制信号，控制数据通路进行相应正确操作
• 主存：主存储器存储的是指令和操作数，用来保存状态
• 响应时间：从作业提交到完成所用的时间
• 吞吐率：在单位事件内完成的工作量
• CPU 执行时间：同响应时间
• CPI：Cycle per Instruction，执行一条指令所需要的时钟周期数
• 系统 CPU 时间：CPU 运行操作系统程序的时间
• 用户 CPU 时间：真正用于用户程序代码执行的时间
• MIPS：million instructions per second，平均每秒钟执行多少指令
• MFLOPS：million floating-point operations per second，每秒钟执行的浮点运算有多少百万次，基于完成的操作次数来统计而不是指令的数量

2.1

冯诺依曼由运算器、存储器、控制器、输入输出设备 5 个基本部件组成。存储器用来存放数据和指令；控制器用来控制指令的自动执行；运算器进行加减乘除等算数运算和逻辑运算；操作人员通过输入输出设备来控制使用计算机。

采用存储程序的工作方式

2.3

计算机系统从上到下可以分成：算法和程序层、编程语言层、语言处理系统层、操作系统层、指令集体系结构、微体系结构。用户可以分为：最终用户、系统管理员、应用程序员、系统程序员。最终用户在软件层、系统管理员可以在应用程序和操作系统层面、应用程序员在算法、编程语言、系统程序员工作在语言处理系统层和操作系统层，开发操作系统和编译器等系统软件。

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1. 从 P1 的执行时间上来看，M1 要快 $2$ 倍，对于 P2 M2 要快两倍
2. MIPS 如下表，对于 P2 来说 M1 要快 1.429 倍

MIPS	M1	M2
P1	20	30
P2	100	70

3. M1 的 IPC 是 40，M2 的 IPC 是 0.625
4. 因为从响应时间的角度来看，$\frac{5000}{10000}<\frac{8000}{5000}$，所以 M2 更有性价比
5. 从响应时间的角度来看，若 P1P2 程序使用频率一样，但是 P2 所花费的响应时间相比 P1 可以忽略，所以结论和 4 相同，M2 更有性价比

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(下面均为无流水线相关情况的计算)

S1 的指令条数：$5+2+2+1=10$

S2 的指令条数：$1+1+1+5=8$

S1 的 CPI：$5+4+6+4=19$ $\frac{19}{10}=1.9$

S2 的 CPI：$1+2+3+20=26$ $\frac{26}{8}=3.25$

S1 所含周期数：19，S2 所含周期数：26

S1 执行时间：$\frac{19}{500\times 10^6}=3.8\times 10^{-8}s$

S2 执行时间：$\frac{26}{500\times 10^6}=5.2\times 10^{-8}s$