计算机系统结构版课后习题答案

1你计算机系统结构清华第 2 版习题解答tiger2007090121 目录1.1第一章(P33)1.7-1.9（透明性概念） ，1.12-1.18（Amdahl 定律） ，1.19、1.21、1.24（CPI/MIPS）1.2第二章(P124)2.3、2.5、2.6（浮点数性能） ，2.13、2.15（指令编码）1.3第三章(P202)3.3（存储层次性能） ，3.5（并行主存系统） ，3.15-3.15 加 1 题（堆栈模拟） ，3.19 中(3)(4)(6)(8)问（地址映象/替换算法-实存状况图）31.4第四章(P250)4.5（中断屏蔽字表/中断过程示意图） ，4.8（通道流量计算/通道时间图）1.5第五章(P343)5.9（流水线性能/时空图） ，5.15（2 种调度算法）1.6第六章(P391)6.6（向量流水时间计算） ，6.10（Amdahl 定律/MFLOPS）1.7第七章(P446)7.3、7.29（互连函数计算） ，7.6-7.14（互连网性质） ，7.4、7.5、7.26（多级网寻径算法） ，7.27（寻径/选播算法）41.8第八章(P498)8.12（SISD/SIMD 算法）1.9第九章(P562)9.18（SISD/多功能部件/SIMD/MIMD 算法）(注：每章可选 1-2 个主要知识点，每个知识点可只选 1 题。有下划线者为推荐的主要知识点。)52 例, 习题2.1第一章(P33)例 1.1,p10假设将某系统的某一部件的处理速度加快到10倍,但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%，则采用加快措施后能使整个系统的性能提高多少？解：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据 Amdahl 定律 SeFToSn)1(56.4.0.6.0n6例 1.2,p10采用哪种实现技术来求浮点数平方根 FPSQR 的操作对系统的性能影响较大。假设 FPSQR操作占整个测试程序执行时间的 20%。一种实现方法是采用 FPSQR 硬件，使 FPSQR 操作的速度加快到 10 倍。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使 FP 指令的速度加快到 2 倍，还假设 FP 指令占整个执行时间的 50%。请比较这两种设计方案。解：分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比： SeFToSn)1(Fe FPSQR=0.20,Se FPSQR=10Fe FP=0.50,Se FP=2 3.175.02)5.1( 2.8.).(FPFPSQRn7例 1.3,p11如果 FP 操作的比例为 25%，FP 操作的平均 CPI=4.0，其它指令的平均 CPI 为 1.33，FPSQR操作的比例为 2%， FPSQR 的 CPI 为 20。假设有两种设计方案，分别把 FPSQR 操作的 CPI和所有 FP 操作的 CPI 减为 2。试利用 CPU 性能公式比较这两种设计方案哪一个更好(只改变 CPI 而时钟频率和指令条数保持不变)。解： niiiICPCI1)(原系统的CPIFP=4.0, =25%IFPCPI2=1.33, =1-25%C2CPI 原 niiiI1)(= CPIFP + CPI2IFP=4.025% + 1.3375%8=2方案 1（使 FPSQR 操作的 CPI 为 2）系统 CPI=CPI 原 - CPIFPSQR 原 + CPIFPSQR 新ICFPSQRICFPSQR=CPI 原 - （CPI FPSQR 原 - CPIFPSQR 新 ）IFPSQR=2-2%（20-2）=1.64方案 2（提高所有 FP 指令的处理速度, 使 FPSQR 操作的 CPI 为 2）CPI=CPI 原 - CPIFP 原 + CPIFP 新ICFPIFP=CPI 原 - （CPI FP 原 - CPIFP 新 ）IFP=2-25% （4-2）=1.5我们也可以根据以下公式计算出方案 2 系统（同求 CPI 原 ）CPI= 75%1.33+25%2=1.59显然，提高所有 FP 指令处理速度的方案要比提高 FPSQR 处理速度的方案要好。方案 2 的加速比 性 能没 有 采 用 改 进 措 施 前 的采 用 改 进 措 施 后 的 性 能加 速 比 2方 案原 系 统时 间时 间CPUToSn2I I方 案原 系 统时 钟 周 期时 钟 周 期 2CP方 案原 系 统=2/1.5=1.33例 1.4假设两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需 2 个时钟周期，而其它指令只需 1 个时钟周期。CPUA:采用一条比较指令来设置相应的条件码，由紧随其后的一条转移指令对此条件码进行10测试，以确定是否进行转移。显然实现一次条件转移要执行比较和测试两条指令。条件转移指令占总执行指令条数的 20%。由于每条转移指令都需要一条比较指令，所以比较指令也将占 20%。CPUB采用比较功能和判别是否实现转移功能合在一条指令的方法，这样实现一条件转移就只需一条指令就可以完成。由于 CPUB在转移指令中包含了比较功能，因此它的时钟周期就比 CPUA要慢 25%。现在要问，采用不同转移指令方案的 CPUA和 CPUB，那个工作速度会更快些？解：CPIA=0.22+0.81=1.2TCPUA=ICA1.2tA= 1.2 ICAtACPUB转移指令占 20%80%=25%CPIB