2011年计算机体系结构课堂测试：Amdahl定律与处理器性能分析

"2020课堂测试参考答案1包含了处理器性能评估、Amdahl定律应用及动态多功能流水线分析的相关知识点。" 本测试主要涵盖了计算机体系结构中的关键概念，包括处理器性能指标、Amdahl定律以及流水线计算。下面分别对这些知识点进行详细解释： 1. **Amdahl定律**： Amdahl定律是用来描述系统性能改进的理论，它指出当系统中有部分可并行化时，加速比受到串行部分比例的限制。在问题（1）中，50%的程序执行时间用于多媒体处理，如果这部分可以无限加速，根据Amdahl定律，整体加速比S等于1除以串行部分和并行部分的加权平均，即S = 1/(0.5 + 0.5/∞) ≈ 2。这意味着理论上最大的加速比是2。 在问题（2）中，当多媒体处理通过MMX扩展提升3.5倍时，为了得到1.8倍的整体加速比，我们需要解方程1.8 = 1/((1-x) + x/3.5)来找出多媒体处理所占比例x，计算结果约为62.2%。 2. **处理器性能评估**： MIPS（每秒百万指令数）是衡量处理器性能的重要指标，表示处理器每秒钟可以执行的指令数。在问题（3）中，处理器A的IPC（指令周期率）为10，主频为500MHz，所以它的MIPS计算为：10 instructions/cycle × 500,000,000 cycles/second = 500,000,000 MIPS，即500MIPS。处理器B的IPC为2，主频为600MHz，其MIPS为：2 instructions/cycle × 600,000,000 cycles/second = 1,200,000,000 MIPS，即1200MIPS。然而，单纯比较MIPS并不足以确定哪个处理器性能更好，因为不同的指令集架构和编译优化可能导致在特定基准测试程序上的性能差异。 3. **动态多功能流水线**： 流水线技术是提高处理器性能的关键手段之一。在问题（30分）中，涉及到一条包含5段的动态多功能流水线，加法使用1、3、4、5段，乘法使用1、2、5段。流水线的吞吐率是指单位时间内完成的任务数量，加速比是不使用流水线与使用流水线时执行时间的比率，效率是流水线满负荷工作时的吞吐率与理想情况下最大吞吐率的比值。要计算这些参数，需要知道各段的时间以及如何调度计算Ai·Bi的序列，以避免数据依赖导致的流水线阻塞。 以上就是测试中的主要知识点，涉及了处理器性能分析、并行计算的理论基础和实际应用。理解和掌握这些概念对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。