用一台40MHz处理器执行标准测试程序[1],它的混合指令数和相应所需的时钟周期[2]数如下表所示,求这台计算机的有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。指令类型 指令数 时钟周期数-|||-整数运算 45000 1-|||-数据传送 32000 2-|||-浮点 15000 2-|||-控制传送 8000 2

考查要点：本题主要考查计算机性能指标的计算，包括有效CPI、MIPS速率和程序执行时间。需要掌握以下核心概念：

1. CPI（每周期指令数）：总时钟周期数除以总指令数。
2. MIPS（每秒百万指令数）：通过时钟频率与CPI计算。
3. 执行时间：总时钟周期数与时钟频率的关系。

解题思路：

1. 计算总时钟周期数：各指令类型数量与对应时钟周期数的乘积之和。
2. 计算总指令数：所有指令数量相加。
3. 求CPI：总时钟周期数除以总指令数。
4. 求MIPS：时钟频率（MHz）除以CPI。
5. 求执行时间：总时钟周期数除以时钟频率（Hz）。

1. 计算总时钟周期数

• 整数运算：$45000 \times 1 = 45000$
• 数据传送：$32000 \times 2 = 64000$
• 浮点运算：$15000 \times 2 = 30000$
• 控制传送：$8000 \times 2 = 16000$
• 总时钟周期数：
  $45000 + 64000 + 30000 + 16000 = 155000$

2. 计算总指令数

$45000 + 32000 + 15000 + 8000 = 100000$

3. 求有效CPI

$\text{CPI} = \frac{\text{总时钟周期数}}{\text{总指令数}} = \frac{155000}{100000} = 1.55$

4. 求MIPS速率

$\text{MIPS} = \frac{\text{时钟频率}}{\text{CPI}} = \frac{40 \times 10^6}{1.55} \approx 25.81 \, \text{MIPS}$

5. 求程序执行时间

$\text{执行时间} = \frac{\text{总时钟周期数}}{\text{时钟频率}} = \frac{155000}{40 \times 10^6} = 0.003875 \, \text{秒} = 3.875 \times 10^{-3} \, \text{秒}$