指令流水线分为4个段，取指（F）段、译码并读寄存器（D）段、执行（E，包括读写存储器、定点加减运算和逻辑运算）段和写回寄存器（W）段。E段有内部数据定向传送，结果生成即可使用。 现有C语言代码如下： A=B+C D=E+F 针对某RISC机器的编译方案有如下两种： 方案一，未采用指令调度 I1：LDA Rb ，memB ‘LDA为取数指令，将B所在内存单元的内容送入Rb寄存器 I2：LDA Rc，menC ‘意义同上 I3：Add Ra，Rb，Rc ‘寄存器Rb和Rc的内容相加，结果保存至Ra寄存器 I4：STA memA，Ra ‘STA为送数指令，将Ra的内容送入A所在内存单元 I5：LDA Re ，memE ‘以下指令含义与上相同，省略 I6：LDA Rf，menF I7：Add Rd，Re，Rf I8：STA memD，Rd 方案二，采用了指令调度 I1：LDA Rb ，memB I2：LDA Rc，menC I3：LDA Re ，memE I4：Add Ra，Rb，Rc I5：LDA Rf，menF I6：STA memA，Ra I7：Add Rd，Re，Rf I8：STA memD，Rd （1）试采用时空图分析方案一和方案二的执行周期数分别为多少？如果流水线周期为100ns，指令吞吐率分别为多少。 （2）试说明，你是如何理解编译器的“指令调度”的优化原理的。（10.0分）

（1）方案一的时空图如下所示：

     IF    ID    EX    MEM    WB
I1   1     2     3     4      5
I2         2     3     4      5
I3              3     4      5
I4                   4      5
I5                         6
I6                              7
I7                                   8
I8                                        9

总周期数：9
指令吞吐率：9/4 = 2.25个指令/周期

方案二的时空图如下所示：

     IF    ID    EX    MEM    WB
I1   1     2     3            4
I2         2     3            4
I3              4            5
I4                   4      5
I5                         6
I6              5            7
I7                   6     8
I8                        7     9

总周期数：9
指令吞吐率：9/5 = 1.8个指令/周期

可以看出，方案一的执行周期数为9个，指令吞吐率为2.25个指令/周期；方案二的执行周期数也为9个，但指令吞吐率为1.8个指令/周期。因此，方案一的指令吞吐率更高。

（2）指令调度是编译器的一种优化技术，其目的是在保证程序正确性的前提下，尽可能地提高程序的执行效率。在编译器中，指令调度的优化原理主要包括以下几个方面：

1. 考虑指令间的依赖关系，尽可能地将可以并行执行的指令分配到不同的流水线段中，以充分利用硬件资源。

2. 将连续使用同一寄存器的指令尽可能靠近，以减少寄存器的读写次数，避免数据在寄存器与内存之间频繁传输。

3. 在指令调度过程中，需要考虑硬件资源的限制，如流水线长度、寄存器数量、存储器带宽等。

4. 在指令调度后，需要进行指令重排和调整，以保证程序正确性。

总之，指令调度是一种复杂的优化技术，需要综合考虑多种因素，以达到提高程序性能的目的。