計算機系統(tǒng)結構第一章(習題解答)

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1、真誠為您提供優(yōu)質參考資料，若有不當之處，請指正。 1. 如有一個經解釋實現(xiàn)的計算機，可以按功能劃分成4級。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要K ns時間，那么執(zhí)行第2、3、4級的一條指令各需要用多少時間？ 解：可以分情況進行討論 l 情況一 執(zhí)行第2級的一條指令需要NK納秒，執(zhí)行第3級的一條指令需要N2K納秒，執(zhí)行第4級的一條指令需要N3K納秒。 l 情況二 執(zhí)行第2級的一條指令需要K/N納秒，執(zhí)行第3級的一條指令需要K/N2納秒，執(zhí)行第4級的一條指令需要K/N3納秒。 2. 實現(xiàn)軟件移植的主要途徑有哪些？它們存在什

2、么問題？適用于什么場合？ 答： 略 3. 想在系列中發(fā)展一種新型號機器，你認為下列哪些設想是可以考慮的，哪些則是行不通的？為什么？ ⑴ 新增加字符數(shù)據類型和若干條字符處理指令，以支持事務處理程序的編譯。 ⑵ 為增強中斷處理功能，將中斷分析由原來的4級增加到5級，并重新調整中斷響應的優(yōu)先次序。 ⑶ 在CPU和主存之間增設Cache存儲器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。 ⑷ 為解決計算誤差較大的問題，將機器中浮點數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法，改為增設用只讀存儲器存放下溢處理結果的查表舍入法。 ⑸ 為增加尋址靈活性和減少平均指令字長，將原來

3、全部采用等長操作碼的指令改成有3類不同碼長的擴展操作碼；并將源操作數(shù)尋址方式由原來的操作碼指明改成增加一個如VAX-11那樣的尋址方式位字段來指明。 ⑹ 將CPU與主存之間的數(shù)據通路寬度由16位擴展到32位，以加快主機內部信息的傳送。 ⑺ 為了減少使用公用總線的沖突，將單總線改為雙總線。 ⑻ 把原來的0號通用寄存器改作為專用的堆棧指示器。 答： ⑵、⑸、⑻不可以，其它都可以。 ⑵ 不可以，對系列機可以增加新功能，但是不能改變原來的功能。 ⑸ 不可以，改變了指令的格式和功能。 ⑻ 不可以，0號通用寄存器變成堆棧指示器，0號通用寄存器不能用了。 4. 如果某一

4、計算任務用向量方式求解比用標量方式求解要快20倍，稱可用向量方式求解部分所花費時間占總時間的百分比為可向量化百分比。請畫出加速比與可向量化百分比兩者關系的曲線。 答： 加速比Sn與可向量化百分比Fe兩者之間的關系式為： 5. 在40MHZ的處理機上運行200000條指令的程序，它由四種指令組成。根據程序跟蹤實驗結果，已知指令混合比和每種指令所需的時鐘周期數(shù)如下： 指令類型 CPI 指令混合比 算術和邏輯 1 60% 高速緩存命中的加載/存儲 2 18% 轉移 4 12% 高速存儲缺失的存儲器訪問 8 10% ⑴　計算在單處理機上用上述跟蹤數(shù)

5、據運行程序的平均CPI。 ⑵　根據⑴所得的CPI，計算相應的MIPS速率。 答： ⑴　 ⑵　 6. 在SUN SPARC2工作站上，對SPEC Benchmark進行測試，獲得了如下所示的速率值，求出其算術、幾何及調和平均值（以MFLOPS表示）。 程序名 速率（MFLOPS） GCC 10.7 Espress0 8.9 Spice2g6 8.3 DODUC 5.0 NASA7 8.7 Li 9.0 Eqntott 9.7 Matrix300 11.1 FPPPP 7.8 TOMCATV 5.6 答： 算術平均為： 幾何平均為： 調和平均為： 5 / 5