计算机系统结构：CPI、MIPS与指令优化分析

本篇文档是关于计算机系统结构课程的第一章作业答案，主要讨论了处理器性能评估和优化的问题。首先，针对一个40MHz处理机，题目要求计算混合指令集执行的性能指标，如CPI（每条指令的平均周期数）、MIPS速率（每秒百万次指令执行数）以及程序执行时间。通过给出的指令类型、数量和所需时钟周期，我们可以进行详细的计算： 1. 计算CPI：CPI = (整数运算指令数 × CPI1 + 数据传送指令数 × CPI2 + 浮点指令数 × CPI3 + 控制传送指令数 × CPI4) / 总指令数。代入数值后，CPI = 1.55时钟周期。 2. 计算MIPS速率：MIPS = 处理器频率 / (CPI × 10^6)。代入40MHz的频率，MIPS = 25.81百万次/秒。 3. 计算执行时间：T = 指令总数 × CPI × 时钟周期时间。代入数据，T = 3.875毫秒。 接着，文档涉及到另一个问题，即在一个40MHz的处理机上执行200000条指令，给出了不同类型的指令及其混合比和指令数，要求计算平均CPI和对应的MIPS速率。根据混合比计算CPI和MIPS，结果分别是2.24和17.86百万次/秒。 此外，文档还提及了两种编码技术，霍夫曼编码和扩展编码，用于对操作码进行压缩。霍夫曼编码是一种基于频率的变长编码方法，而扩展编码限制为两种长度。通过对给定频率的指令进行编码并比较与定长操作码的平均编码长度，可以计算出编码长度的减少量。具体编码示例和计算这部分内容需要进一步分析每个指令的编码方式及其长度，才能得出减少的平均编码长度。 总结来说，这份文档涉及了计算机系统结构中的性能分析、指令集执行效率计算以及编码优化技术的应用，对于理解处理器性能优化和指令集设计有着重要价值。