假设构成 CPU 的各功能部件的时间延迟如表6.21所示，试分别计算单周期、多周期 MIPS 处理器的最小时钟周期和最大时钟频率。假设某 MIPS 程序包含1000亿条指令，其中 lw 、 sw 、 beq 、 R 型算术逻辑运算、 I 型算术逻辑运算指令比例分别为10%、10%、10%、50%、20%，试分别计算该程序在单总线结构处理器、单周期 MIPS 、多周期 MIPS 处理器上的 CPI 值及执行时间。 运算器 ALU延迟90ps， 寄存器延迟20ps, 存储器读延迟150ps,寄存器堆读延迟90ps,多路选择器延迟20ps,寄存器建立时间延迟10ps。

首先，根据各功能部件的时间延迟，可以计算出单周期MIPS处理器的最小时钟周期和最大时钟频率，以及多周期MIPS处理器的最小时钟周期和最大时钟频率。

单周期MIPS处理器的最小时钟周期为各功能部件的最大时间延迟之和，即：

t_min = max(ALU延迟, 寄存器延迟, 存储器读延迟, 寄存器堆读延迟, 多路选择器延迟, 寄存器建立时间延迟)
      = 150ps

最大时钟频率为时钟周期的倒数，即：

f_max = 1 / t_min
      ≈ 6.67 GHz

多周期MIPS处理器的最小时钟周期为各功能部件的最大时间延迟之和，加上控制逻辑的执行时间，即：

t_min = max(ALU延迟, 寄存器延迟, 存储器读延迟, 寄存器堆读延迟, 多路选择器延迟, 寄存器建立时间延迟) + 控制逻辑执行时间
      = 150ps + 20ps
      = 170ps

最大时钟频率为时钟周期的倒数，即：

f_max = 1 / t_min
      ≈ 5.88 GHz

接下来，根据题目给定的指令比例，可以计算出在单总线结构处理器、单周期MIPS处理器和多周期MIPS处理器上执行该程序的CPI值和执行时间。

在单总线结构处理器上执行该程序的CPI值为：

CPI = (lw x 1 + sw x 1 + beq x 1 + R型算术逻辑运算 x 1 + I型算术逻辑运算 x 1) / 10
    = 5 / 10
    = 0.5

执行时间为：

Execution time = CPI x Instruction count x Clock cycle time
               = 0.5 x 100000000000 / 1000000000
               = 50s

因此，在单总线结构处理器上执行该程序的CPI值为0.5，执行时间为50秒。

在单周期MIPS处理器上执行该程序的CPI值为：

CPI = (lw x 5 + sw x 5 + beq x 5 + R型算术逻辑运算 x 1 + I型算术逻辑运算 x 2) / 10
    = 3.1

执行时间为：

Execution time = CPI x Instruction count x Clock cycle time
               = 3.1 x 100000000000 / 1000000000
               = 310s

因此，在单周期MIPS处理器上执行该程序的CPI值为3.1，执行时间为310秒。

在多周期MIPS处理器上执行该程序的CPI值为：

CPI = (lw x 5 + sw x 5 + beq x 5 + R型算术逻辑运算 x 4 + I型算术逻辑运算 x 5) / 10
    = 4.8

执行时间为：

Execution time = CPI x Instruction count x Clock cycle time
               = 4.8 x 100000000000 / 1000000000
               = 480s

因此，在多周期MIPS处理器上执行该程序的CPI值为4.8，执行时间为480秒。