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------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒#xff0c;其中90秒为CPU时间#xff0c;其余 为l/O时间。若CPU速度…CPU时间与IO时间
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.假定基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒其中90秒为CPU时间其余 为l/O时间。若CPU速度提高50%I/O速度不变则运行基准程序A所耗费的时间是。 A.55秒 B.60秒 C.65秒 D.70秒 解析 在本题上下文中基准程序Benchmark Program表示这是一个用来测量和评估计算机性能的程序。通过运行这个程序我们可以得到计算机完成特定任务所需的时间。 在本题上下文中CPU时间CPU Time表示这是指CPU处理指令所花费的时间。简单来说就是CPU在执行程序的计算任务时所用的时间。 在本题上下文中I/O时间Input/Output Time表示这是指进行输入输出操作所需的时间。例如读取硬盘上的数据或向屏幕显示信息等操作所花费的时间。 在这个问题中我们有一个基准程序A它在某台计算机上运行总共用了100秒。这100秒中有90秒是CPU在工作CPU时间剩下的10秒是进行I/O操作的时间I/O时间。 现在我们提升了CPU的速度提高了50%。这里的“提高50%”可以理解为CPU的效率增加了它现在能在更短的时间内完成同样的工作。但我们的I/O操作速度没有变化所以I/O时间仍然是原来的时间。 原来的CPU时间是90秒。CPU速度提高50%意味着CPU所需的时间会减少到原来的2/3因为原来的时间是100%现在增加了50%所以新的速度是150%时间与速度成反比所以原来的时间要除以1.5即乘以2/3。 因此 新的CPU时间 原来的CPU时间 × 2/3新的CPU时间 90秒 × 2/3新的CPU时间 60秒I/O时间没有变仍然是10秒。新的总时间 新的CPU时间 I/O时间新的总时间 60秒 10秒新的总时间 70秒 所以如果CPU速度提高50%而I/O速度不变运行基准程序A所耗费的时间将是70秒。 笔记 提高50% 原来时间的2/3 CPU速度提高时间减少I/O不变时间不变。新时间减少后的CPU时间原I/O时间。 平均CPI
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.某计算机主频为1.2GHz,其指令分为4类它们在基准程序中所占比例及CP如下表所示。 该机的MIPS数是。
指令类型所占比例CPIA50%2B20%3C10%4D20%5 A.100 B.200 C.400 D.600 解析 主频Clock Speed 主频是指计算机的中央处理器CPU每秒钟可以进行的时钟周期数通常以赫兹Hz为单位。1 GHz千兆赫兹等于1,000,000,000 Hz。 CPICycles Per Instruction CPI是执行一条指令所需要的时钟周期数。不同的指令可能需要不同数量的周期来完成。 MIPSMillion Instructions Per Second MIPS是一种衡量计算机性能的指标表示每秒可以执行多少百万条指令。 首先我们需要计算执行一条指令平均所需的时钟周期数这被称作平均CPI。而在计算平均CPI上使用加权平均的方法我们将每种指令的CPI乘以它的比例然后将它们加在一起。 因此 平均CPI(2×0.5)(3×0.2)(4×0.1)(5×0.2)平均CPI10.60.41平均CPI3 而在计算每秒钟可以执行的指令数上计算机的主频是1.2GHz这意味着每秒有1.2亿个时钟周期。 每秒时钟周期数1.2 GHz1.2×10^9Hz 然后我们用每秒的时钟周期数除以平均CPI就可以得出每秒可以执行的指令数。 因此 接着将每秒指令数转换为MIPS由于MIPS是以百万条指令每秒计算的我们需要将每秒指令数除以1,000,000。 CPU执行时间
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3.某计算机主频为1GHz,程序P运行过程中共执行了10000条指令其中80%的指令执行 平均需1个时钟周期20%的指令执行平均需10个时钟周期。程序P的平均CPI和CPU执行时间分别是 A.2.8,28μs B.28,28μs C.2.8,28ms D.28,28ms 解析 题目没有明确提到CPU二字。程序在计算机上运行时消耗的时间主要由CPU的处理时间构成。当我们谈论程序在机器上的执行时间时我们通常指的是CPU完成所有指令所需的时间 CPU主频F 这是指中央处理单元CPU的工作频率通常以赫兹Hz为单位。1GHz等于10的9次方赫兹1,000,000,000 Hz这意味着CPU每秒可以进行10亿次操作。 在计算机和现代电子设备中处理器CPU的速度通常以兆赫兹或吉赫兹来表示。例如一个1 GHz的处理器的主频是1,000,000,000赫兹。 时钟周期 CPU的操作是按时钟周期同步进行的一个时钟周期是CPU执行一个基本操作所需的时间。时钟周期的长度是主频的倒数。因此如果CPU的主频是1GHz那么每个时钟周期的时间是1秒除以10亿即1纳秒1ns。 CPIClock per Instruction 每条指令所需的时钟周期数。不同的指令可能需要不同数量的时钟周期来完成。 在平均CPI计算计算上我们有10000条指令其中80%即8000条的指令平均需要1个时钟周期另外20%即2000条的指令平均需要10个时钟周期。我们可以将这些信息用来计算平均CPI。 首先我们计算两种指令分别对总CPI的贡献 对于80%的指令每条指令1个周期贡献为0.8 * 1 0.8 对于20%的指令每条指令10个周期贡献为0.2 * 10 2.0 然后我们将两者相加得到平均CPI 平均CPI 0.8 2.0 2.8 这意味着平均来看每执行一条指令需要2.8个时钟周期。 在CPU执行时间计算上现在我们知道了总共的指令数以及平均每条指令需要的时钟周期数我们可以计算程序执行需要多少个时钟周期然后再转换成实际时间。 首先计算总的时钟周期数 总时钟周期数 平均CPI * 指令数 2.8 * 10000 28000时钟周期 因为1个时钟周期是1纳秒所以总的执行时间为 CPU执行时间 总时钟周期数 * 时钟周期时间 28000 * 1ns 28000ns 纳秒到微秒的转换是1000纳秒 1微秒因此 CPU执行时间 28000ns / 1000 28微秒28μs 综上所述程序P的平均CPI是2.8CPU执行时间是28微秒。正确答案是A. 2.8, 28μs。 笔记 CPU执行时间 时间单位的换算如下 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4.程序P在机器M上的执行时间是20秒编译优化后P执行的指令数减少到原来的70%而CPI增加到原来的1.2倍则P在M上的执行时间是。 A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒 解析 CPU执行时间可以通过下面的公式来计算 在题目只提到了指令数和CPI的变化没有提到周期时间的变化因此我们假设周期时间是恒定的。所以我们的关注点是指令数和CPI如何影响程序的执行时间。 根据题目程序P在未经优化时在机器M上的执行时间是20秒。优化后程序执行的指令数减少到原来的70%而每条指令的周期数CPI增加到原来的1.2倍。假设原始的指令数是I原始的CPI是C那么优化后的执行时间T可以用下面的公式来表示 T(I×70%)×(C×120%)×周期时间 由于原始的执行时间是20秒我们可以用下面的公式表示 20秒I×C×周期时间 现在我们代入T来计算优化后的执行时间 T(I×70%)×(C×120%)×周期时间T0.7I×1.2C×周期时间T0.84×I×C×周期时间T0.84×20秒T16.8秒 所以经过编译优化后程序P在机器M上的执行时间是16.8秒。正确答案是D。 笔记 CPU执行时间可以通过下面的公式来计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5.假定计算机M1和M2具有相同的指令集体系结构(1SA),主频分别为1.5GHz和1.2GHz。在M1和M2上运行某基准程序P,平均CPI分别为2和1则程序P在M1和M2上运行时间的比值是。 A.0.4 B.0.625 C.1.6 D.2.5 解析 在本题上下文中指令集体系结构ISA表示: 指的是一组指令它定义了计算机可以执行的操作和指令的格式。因为M1和M2具有相同的ISA我们可以假设它们执行同样的指令来完成同一个任务。 在本题上下文中主频时钟频率表示: 计算机的主频是指其内部时钟每秒钟的周期数通常以赫兹Hz为单位。1GHz等于10亿次周期每秒。主频越高计算机每秒能执行的周期数越多。 在本题上下文中每条指令的周期数CPI表示: CPI是执行每条指令所需的周期数。CPI越低意味着每条指令需要的时间越少。 CPU执行时间可以通过下面的公式来计算 现在我们来计算两台计算机上程序P的执行时间的比值。我们不知道程序P的确切指令数但我们可以用一个变量来代表它比如说“N”。 在M1上的程序执行时间: 由于M1的主频是1.5GHz我们有 所以 在M2上的程序执行时间: 由于M2的主频是1.2GHz我们有 现在我们要找的是两个执行时间的比值 即 由于在比值计算中N会被约掉我们可以简化公式为 因公式编辑不便故公式采用了截图。 笔记 CPU执行时间可以通过下面的公式来计算 周期时间与主频的关系 浮点操作次数FLOPS (Floating Point Operations Per Second)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6.2017年公布的全球超级计算机T0P500排名中我国“神威湖之光”超级计算机蝉联第一 其浮点运算速度为93.0146 PFLOPS,说明该计算机每秒钟完成的浮点操作次数为。 A.9.3×10^13次 B.9.3×10^15次 C.9.3千万亿次 D.9.3亿亿次 解析 在本题上下文中浮点运算 (Floating Point Operation)表示:在计算机科学中浮点数是用来表示实数的它可以表示非常大或者非常小的数因为它包含了一个指数部分。浮点运算就是对这些浮点数进行的加、减、乘、除等操作。 在本题上下文中FLOPS (Floating Point Operations Per Second)表示: 这是一个衡量计算机性能的单位表示计算机每秒能进行多少次浮点运算。这个指标对于理解超级计算机的能力非常重要。 在本题上下文中PetaFLOPS 表示: Peta代表了10的15次方。所以1 PetaFLOPS 1,000,000,000,000,000 FLOPS1后面跟着15个零。 “神威·太湖之光”超级计算机的性能是93.0146 PFLOPS。 这意味着它每秒可以进行93.0146 * 10^15次的浮点运算。 即9.30146 * 10^16次 故正确答案是D.9.3亿亿次。 笔记 FLOPS (Floating Point Operations Per Second)每秒浮点运算次数衡量计算速度的单位。 PetaFLOPS: Peta代表了10的15次方。 1 PFLOPS 10^15 FLOPS。 FLOPS单位的换算是基于10的幂次方每个级别相差1000倍。 MIPS
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7. 假定某计算机的CPU主频为80MHz,CPI为4平均每条指令访存1.5次主存与Cache之间交换的块大小为16B,Cache的命中率为99%存储器总线宽带为32位。请回答下列问题: (1)该计算机的MIPS数是多少 解析 CPI与主频已经在上述题目中多次进行详解过故不加赘述。 在本题上下文中MIPS (Million Instructions Per Second)表示: 这是衡量计算机性能的一种单位表示计算机每秒可以执行多少百万条指令 为了便于理解简化公式原有的ICIC 是每秒执行的指令数单位是 instructions/second, IC 1因为 MIPS 的计算公式默认就是针对每条指令进行的。 其中 f 是 CPU 的主频CPI 是每条指令平均的周期数。 给定的 f 80MHz 80 * 10^6 HzCPI 4。 代入公式得到 MIPS (80 * 10^6) / (4 * 10^6)MIPS 20 所以该计算机的 MIPS 数是 20。 笔记 MIPS简化公式如下 CPI公式如下可以通过CPU执行时间化简而来
