计算 CPU 中每条指令的总时钟周期答案

【问题标题】：Calculating the total clock cycles per instruction in a CPU计算 CPU 中每条指令的总时钟周期
【发布时间】：2020-04-09 02:43:24
【问题描述】：

我在阅读一些大学资料，发现要计算 CPU 的 CPI（每条指令的时钟周期），我们使用以下公式：

CPI = 总执行周期/已执行指令计数

这很清楚并且确实有道理，但是对于这个示例，它表示 n 指令已被执行：

instruction type   frequency     relative CPI
1                      50%            3
2                      20%            4
3                      30%            5

为什么总CPI等于3*0.5+4*0.2+5*0.3 = 3.8而不是3.8/3 = 1.26，因为按照上面的公式，总共执行了3条指令，还是我对公式的理解有误？

【问题讨论】：

标签： mips cpu pipeline

【解决方案1】：

公式正确，但您没有正确阅读表格。

instruction type   frequency     relative CPI
1                      50%            3
2                      20%            4
3                      30%            5

第一行表示您有一条使用 3 CPI 的指令，并且该指令的频率为 50%，这基本上意味着您程序中的每第二条指令就是该指令。

指令 2 需要 4 个 CPI 才能执行，但在您的程序中仅出现 20%。指令 3 需要 5 个 CPI，但发生率为 30%。

因此你计算0.5 * 3 + 0.2 * 4 + 0.3 + 5 = 3.8。 基本上是平均 CPI。

想象一下你有以下程序：

INS_1   3 CPI
INS_3   5 CPI
INS_1   3 CPI
INS_3   5 CPI
INS_2   4 CPI
INS_1   3 CPI
INS_3   5 CPI
INS_2   4 CPI
INS_1   3 CPI
INS_1   3 CPI 
--------------
       38 CPI / 10 (Instructions) = 3.8

【讨论】：

如果经过一些优化，类型1的指令的频率现在只有40%，其他的10%去哪里了？
这意味着您可以删除 10% 的指令。在我的回答中的示例中，这意味着您能够删除 5 个 INS_1 中的 1 个，从而获得总共 9 条指令。通过重新安排你的指令，这 10% 不再需要，而不会改变程序的功能。
@aniani2020 如果您进行优化，您将拥有例如 40%-25%-35%。这是基本的百分比计算，因为您的所有指示始终是 100%。
@TheFreddy1404 为什么你在其他两条指令中各增加 5%？为什么不例如：40%-30%-30%，有什么规则可以遵循吗？
@aniani2020 这里有两种（通用）优化方法，要么丢弃指令，要么将慢指令转换为例如两条快指令。两者都会更改百分比。上面我只是举了一个可能的例子。确切的值取决于数学规则。