计算机系统结构习题

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1、习题一1.1解释下列术语：层次结构——计算机语言可以分为一系列的层次或级，最低层语言的功能最简单，最高层语言的功能最强。解释——每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再取下一条N+1级指令，依此重复进行。翻译——先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中，N+1级程序将不再被访问。体系结构—— “计算机系统结构”这个名词来源于英文computerarchitecture，也有译成“计算机体系结构”，定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。透明性——

2、 一种本来存在的事物或属性，但从某种角度看似乎又不存在，这种现象称为透明性。系列机——在一个厂家内生产的具有相同的体系结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。软件兼容——同一软件可以不加修改地运用于体系结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间不同。兼容机——不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机。计算机组成——计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。计算机实现—— 计算机实现是指计算机组成的物理实现。它包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，

3、信号传输，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术以及有关的制造技术和工艺等。存储程序计算机——冯·诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏型，它由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成并行性——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不相同的工作。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，以加快硬件的周转而赢得速度。资源重复——根据“以数量取胜”的原则，通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。资源共享——这是一种软

4、件方法，它使多个任务按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备。22同构型多处理机——每个处理单元都有自己的控制器，能独立解释指令成为独立处理机，也就是有多条指令处理多个数据。最低偶合——除通过某种中间介质之外，各计算机之间没有物理连接，也无共享的联机硬件资源。松散偶合——通过通道或通信线路实现计算机间互连，共享某些外围设备，机间的相互作用是在文件或数据集一级进行。紧密偶合——机间物理连接的频带较高，它们往往通过总线或高速开关实现互连，可以共享主存。响应时间——从事件开始到结束之间的时间。测试程序组件——一组各个方面有代表性的测试程序，组成一个

5、通用测试程序集合。系统加速比——用公式表示为：系统加速比=系统性能改进后/系统性能改进前=改进前总执行时间/改进后总执行时间Amdahl定律—— 系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能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。CPI——每条指令的平均时钟周期数称为CPI(CyclesPerInstruction)。1.4对于一台400MHz计算机执行标准测试程序，程序中指令类型，执行数量和平均时钟周期数如下：指令类型指令执行数量平均时钟周期数整数450001数据传送浮点75000800024分支15002求该计

6、算机的有效CPI、MIPS和执行时间。[解]：IC=45000+75000+8000+1500=129500总时钟周期数=45000*1+75000*2+8000*4+1500*2=230000221.5计算机系统中有3个部件可以改进，这三个部件的部件加速比如下？部件加速比1=30部件加速比2=20部件加速比3=10（1）如果部件1和部件2的可以改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例是多少时，系统加速比才可以达到10？（2）如果三个部件的可改进比分别为30%、30%、20%。三个部件同时改进，那么系统不可加速部分的执行时间在总执行时间

7、中占的比例是多少？（3）如果相对某个测试程序三个部件的可改进比例分别为20%、20%、70%，要达到最好改进效果，仅对一个部件改进时，要选择哪个？如果允许改进两个部件，又如何选择？解：（1）设：部件3的可改进比例为x%则Sn=1/((1-x%-30%-30%)+30%/30+30%/20+x%/10)=10解得x%≈36%即：部件3的可改进比例为36%。（2）设：原来的总的执行时间为To,则Tn=(1-30%-30%-20%)To+(30%/30)To+(30%/20)To+(20%/10)To=24.5%To不可加速部分的执行时间=（1-

8、30%-30%-20%）To=20%To不可加速部分在总执行时间中占的比例=20/24.5=81.63%(3)a.Sn1=1/(20%/30+(1-20%))≈1.23967b.