2013-3答案第一章作业

1．解释下列术语：层次结构 编译 解释 虚拟机透明性 计算机系统结构计算机组成计算机实系列机 软件兼容 并行性 时间重叠资源重复 资源共享 SMP MPP桌面计算机服务器嵌入式计算机 Amdahl定律CPI MIPS MFLOPS参考答案：层次结构编译直接执行目标程序，不再需要源程序与翻译程序。解释：程序运行时，取一条指令，将其换化为机器指令，再执行这条机器指令。虚拟机（如某种语言的编译器或解释器算机，实际机器并不具备这种功能。透明性念称为透明性计算机系统结构：也称为计算机体系结构r，是机器语言程序员（或编译程序设计者）所看到的计算机的属性，是硬件子系统的概念性结构与功能特性。r控制部件的设计，缓冲器和排队的使用，可靠性技术的采用等。r，是指计算机组成的物理实现。它包括处理机、I/O子系统等部件的物理结构，器件的集成度和速度，信号传输，器件、模块、和工艺等。系列机（FamilyMachine）是指由一个制造商生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。（e并行性是指在同一时刻或是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或同时性（Simultaneity）是指两个或多个事件在同一时刻发生；并发性（Concurrency）是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。时间重叠：多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。资源重复理能力。资源共享高了计算机设备的利用率。SMP（Symmetrical是对称多处理机，它由多个相同或相似的处理机组成，以总线或某种开关阵列互连成一台计算机。MPP（MassivelyParallel是大规模并行处理系统，属于多计算机系统，它是由成百上千个结点（含微处理机、本地存储器、网络接口等以高带宽低时延的专有网络互联而桌面计算机包括个人计算机和工作站。个人计算机主要为一个用户提供良好的计算性能服务器是是为网上客户机在网络环境下提供共享资源（的高性能嵌入式计算机备和系统中，这样的计算机称为嵌入式计算机。Amdahl的提高，与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。：执行一条指令所需的平均时钟周期数kr,：CPI=CPU/IC（IC表示一个程序的指令条数）MIPS表示每秒百万条指令数。对于一个给定的程序，MIPS定义为：MFLOPS，每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS定义为：（Benchmark）用于测试计算机系统的性能，对不同结构机器的性能提供量化公正的评价机器性能的标准参考答案：计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是3现。它们各自包含不同的内容和采用不同的技术，但又有紧密的关系。对计算机系统结构，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存储器的模m系统是采用通道方式还是外围处理机方式；存储器。参考答案：模m交叉，√，总线宽度，√，浮点数据，×阵列运算部件，×，通道与I/O处理机，×，P4结合型与独立型通道，√，访问保护，×，中断，×，指令控制方式，√，堆栈指令，×，最小编址单位，×，Cache存储器，√，存贮器的模m交叉存取；透明（组成）浮点数据表示；不透明（系统结构）I/O系统是采用通道方式还是I/O处理机方式；不透明数据总线宽度；透明（组成）阵列运算部件；不透明（系统结构）通道是采用结合型的还是独立型的；透明（组成访问方式保护；不透明（系统结构）程序性中断；不透明（系统结构）串行、重叠还是流水控制方式；透明（组成）堆栈指令；存贮最小编址单位；不透明（系统结构）Cache存贮器。透明（组成）12Flynn4参考答案：Flynn按照指令流和数据流两种不同的组合，把计算机系统的结构分为以下4类：单指令流单数据流（enme，D是传统的顺序处理计算机；单指令流多数据流（enmeD以阵列处理机为代表；多指令流单数据流（enmeD实际代表何种计算机，存在着不同的看法；多指令流多数据流（enme，多处理机MIMD结构。单指令流单数据流（SingleInstructionStreamSingleDataStream，SISD）SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机码，并只对一个操作部件分配数据。单指令流多数据流（SingleInstructionStreamMultipleDataStream，SIMD）SIMDPU1～PUn，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同的数据。多指令流单数据流（MultipleInstructionStreamSingleDataStream，MISD）MISD的结构，它具有n个处理单元，按n果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。多指令流多数据流MIMD。14．试说明服务器与桌面机有哪些不同。参考答案：桌面计算机典型的系统结构是以总线形式将CPU模块、存储器模块、各种I/O模块互连在一起，构成计算机系统。多数桌面机使用单一处理机，属于SISD结构计算机。服务器是网络中的核心设备，其可靠性是关键，如运行Google、处理Cisco业务、或者在eBay724小时连续运转。如果这样的ECC（ErrorCheckingandCorrecting）RAID（RedundantArrayofIndependentDisks）技术、热插拔技术、冗余电源、冗余风扇、机箱锁、密码保护等方法使服务器具备17．如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式求解部分所花费时间占总的时间的百分比为可向量化百分比。为达到加速比2，可向量化的百分比应为多少？为获得加速比10，所需可向量化的百分比为多少？参考答案：假设加速比达到2，可向量化百分比为x，加速比达到10，可向量化百分比为y则2=1/(1-x+x/20)X=10/19，同理y=18/1919Cache5Cache90%，Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？参考答案：加速比=1/(1-0.9+0.9/5)=25/715MHz10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟，试问：CPI是多少？30MHz，但存储器子系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟周期。如果指令每条只需要一次存储存取，而另外每条需要两次存参考答案：CPI=CPU/IC=/MIPS=1.5CPI=0.1usCPI1.5，改进后一次访存操作需要2个时钟周期，比改进前1个时钟周期；30%115%22.所以可得CPInew=CPIoriginal+30%*1+5%*2=1.5+0.3+0.1=1.9改进后CPInew的时间：1.9*（1/30）us=0.0627us30MHz计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均。根据CPIMIPS速率。参考答案：(1)平均CPI=1*60%+2*18%+4*12+8*10%=2.24(2)MIPS=时钟周期/CPI=30M/2.24=13.4SUNSPARC2工作站上，对SPECBencmark进行测试，获得了如下所示的速率值，求出其算术、几