計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第2版)鄭偉明湯志忠課后習(xí)題答案以及例題收錄.doc

1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第2版鄭偉明湯志忠編著清華大學(xué)出版社習(xí)題解答21目錄11第一章P331719(透明性概念)，112118(AMDAHL定律)，119、121、124(CPI/MIPS)12第二章P12423、25、26(浮點(diǎn)數(shù)性能)，213、215(指令編碼)13第三章P20233(存儲層次性能)，35(并行主存系統(tǒng))，315315加1題(堆棧模擬)，319中3468問(地址映象/替換算法實(shí)存狀況圖)314第四章P25045(中斷屏蔽字表/中斷過程示意圖)，48(通道流量計(jì)算/通道時(shí)間圖)15第五章P34359(流水線性能/時(shí)空圖)，515(2種調(diào)度算法)16第六章P39166(向量流水時(shí)間計(jì)算)，610(AMDAHL定律/MFLOPS)17第七章P44673、729(互連函數(shù)計(jì)算)，76714(互連網(wǎng)性質(zhì))，74、75、726(多級網(wǎng)尋徑算法)，727(尋徑/選播算法)418第八章P498812(SISD/SIMD算法)19第九章P562918(SISD/多功能部件/SIMD/MIMD算法)注每章可選12個(gè)主要知識點(diǎn)，每個(gè)知識點(diǎn)可只選1題。有下劃線者為推薦的主要知識點(diǎn)。52例,習(xí)題21第一章P33例11,P10假設(shè)將某系統(tǒng)的某一部件的處理速度加快到10倍,但該部件的原處理時(shí)間僅為整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的40，則采用加快措施后能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高多少解由題意可知FE04,SE10，根據(jù)AMDAHL定律SEFTOSN???1564060??N6例12,P10采用哪種實(shí)現(xiàn)技術(shù)來求浮點(diǎn)數(shù)平方根FPSQR的操作對系統(tǒng)的性能影響較大。假設(shè)FPSQR操作占整個(gè)測試程序執(zhí)行時(shí)間的20。一種實(shí)現(xiàn)方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。另一種實(shí)現(xiàn)方法是使所有浮點(diǎn)數(shù)據(jù)指令的速度加快，使FP指令的速度加快到2倍，還假設(shè)FP指令占整個(gè)執(zhí)行時(shí)間的50。請比較這兩種設(shè)計(jì)方案。解分別計(jì)算出這兩種設(shè)計(jì)方案所能得到的加速比SEFTOSN???1FEFPSQR020,SEFPSQR10FEFP050,SEFP23175025128????FPFPSQRN7例13,P11如果FP操作的比例為25，FP操作的平均CPI40，其它指令的平均CPI為133，FPSQR操作的比例為2，FPSQR的CPI為20。假設(shè)有兩種設(shè)計(jì)方案，分別把FPSQR操作的CPI和所有FP操作的CPI減為2。試?yán)肅PU性能公式比較這兩種設(shè)計(jì)方案哪一個(gè)更好只改變CPI而時(shí)鐘頻率和指令條數(shù)保持不變。解???NIIIICPCI1原系統(tǒng)的CPIFP40,25IFPCPI2133,125C2CPI原??NIIII1CPIFPCPI2IFP40251337582方案1(使FPSQR操作的CPI為2)系統(tǒng)CPICPI原CPIFPSQR原CPIFPSQR新ICFPSQRICFPSQRCPI原(CPIFPSQR原CPIFPSQR新)IFPSQR22(202)164方案2(提高所有FP指令的處理速度,使FPSQR操作的CPI為2)CPICPI原CPIFP原CPIFP新ICFPIFPCPI原(CPIFP原CPIFP新)IFP225(42)15我們也可以根據(jù)以下公式計(jì)算出方案2系統(tǒng)(同求CPI原)CPI75133252159顯然，提高所有FP指令處理速度的方案要比提高FPSQR處理速度的方案要好。方案2的加速比性能沒有采用改進(jìn)措施前的采用改進(jìn)措施后的性能加速比?2方案原系統(tǒng)時(shí)間時(shí)間CPUTOSN2II方案原系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期??2CP方案原系統(tǒng)2/15133例14假設(shè)兩臺機(jī)器的指令系統(tǒng)中，執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令需2個(gè)時(shí)鐘周期，而其它指令只需1個(gè)時(shí)鐘周期。CPUA采用一條比較指令來設(shè)置相應(yīng)的條件碼，由緊隨其后的一條轉(zhuǎn)移指令對此條件碼進(jìn)行10測試，以確定是否進(jìn)行轉(zhuǎn)移。顯然實(shí)現(xiàn)一次條件轉(zhuǎn)移要執(zhí)行比較和測試兩條指令。條件轉(zhuǎn)移指令占總執(zhí)行指令條數(shù)的20。由于每條轉(zhuǎn)移指令都需要一條比較指令，所以比較指令也將占20。CPUB采用比較功能和判別是否實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移功能合在一條指令的方法，這樣實(shí)現(xiàn)一條件轉(zhuǎn)移就只需一條指令就可以完成。由于CPUB在轉(zhuǎn)移指令中包含了比較功能，因此它的時(shí)鐘周期就比CPUA要慢25。現(xiàn)在要問，采用不同轉(zhuǎn)移指令方案的CPUA和CPUB，那個(gè)工作速度會更快些解CPIA02208112TCPUAICA12TA12ICATACPUB轉(zhuǎn)移指令占20÷8025CPIB02520751125由于CPUB中沒有比較指令，因此ICB08ICACPUB時(shí)鐘周期就比CPUA要慢25TB125TATCPUBICBCPIBTB08ICA125125TA11125ICATATCPUATCPUB所以CPUB比CPUA運(yùn)行得更快些。12例1A1計(jì)算PENTIUMII450IPC＝2處理機(jī)的運(yùn)算速度。解由于PENTIUMII450處理機(jī)的IPC＝2或CPI＝05FZ＝450MHZ，MIPSPENTIUMII450＝FZIPC＝450MHZ2＝900MIPS例1A2我國最早研制的小型計(jì)算機(jī)DJS130，定點(diǎn)16位，加法每秒50萬次，但沒有硬件乘法和除法指令,用軟件實(shí)現(xiàn)乘法和除法，速度低100倍左右。求等效速度。解定點(diǎn)等效速度為6610???CPIMIPS時(shí)鐘頻率執(zhí)行時(shí)間指令條數(shù)等效指令速度()S/8520/1MIPS??即每秒2萬次，由于乘法和除法用軟件實(shí)現(xiàn)，等效速度降低了25倍。13例1A3假設(shè)在程序中浮點(diǎn)開平方操作FPSQR的比例為2％，它的CPI為100；其他浮點(diǎn)操作FP的比例為23％，它的CPI＝40；其余75％指令的CPI＝133，計(jì)算該處理機(jī)的等效CPI。如果FPSQR操作的CPI也為40，重新計(jì)算等效CPI。解???NIIIICPCI1等效CPI＝100′2％＋4′23％＋133′75％＝392等效CPI2＝4′25％＋133′75％＝20011解釋下列術(shù)語層次結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，透明性，由上而下設(shè)計(jì)，由下而上設(shè)計(jì)，由中間向兩邊設(shè)計(jì)，軟件兼容，向上兼容，固件，系列機(jī)，兼容機(jī)，模擬，仿真，虛擬機(jī)，宿主機(jī)，指令流，數(shù)據(jù)流，單指令流單數(shù)據(jù)流，多指令流多數(shù)據(jù)流，AMDAHL定律，CPI，MIPS，MFLOPS。1412每一級為了執(zhí)行一條指令需要下一級的N條指令解釋，若執(zhí)行第一級的一條指令需KNS，那么執(zhí)行第2級、第3級、第4級的指令需要多少時(shí)間第1級1條1級指令KNS第2級1條2級指令N條1級指令1NKNSNKNS第3級1條3級指令N條2級指令1NNKNSN2KNS第4級1條4級指令N條3級指令1NNNKNSN3KNS14每一級指令能完成下一級的M條指令的工作量，且每一級指令需要下一級的N條指令解釋，若執(zhí)行第一級的一條指令需KNS，那么執(zhí)行第2級、第3級、第4級的等效程序需要多少時(shí)間第1級1條1級指令KNS第2級等效程序?yàn)?/M條2級指令需N/M條1級指令解釋N/MKNS第3級等效程序?yàn)?/M/M條3級指令需NN/M/M條1級指令解釋N2/M2NS第4級等效程序?yàn)?/M/M/M條4級指令需NNN/M/M/M條1級指令解釋N3/M3NS16試以實(shí)例說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的相互關(guān)系與相互影響。15系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念，它們各自包含不同

總結(jié)

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