计算机体系结构(计算).doc

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1、1、有一条流水线如下所示。（1）求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率；（2）该流水线的瓶颈在哪一段？请采取三种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你所给出的新流水线，计算连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率。解：（1）（2）瓶颈在3、4段。l变成八级流水线（细分）l变成两级流水线（合并）l重复设置部件123-13-24-14-24-34-42、如果流水线有m段，各段的处理时间分别是ti（i=1，2，…，m），现在有n个任务需要完成，且每个任务均需流水线各段实现，请计算：（1）流水线完成这n个任务所需要的时间

2、；（2）和非流水线实现相比，这n个任务流水实现的加速比是多少？加速比的峰值是多少？解：（1）（2）3、假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据如下表所示：操作类型程序中的数量（百万条指令）改进前的执行时间（周期）改进后的执行时间（周期）操作11021操作2302015操作335103操作41541（1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？解：根据Amdahl定律可得操作类型各类操作的指

3、令条数在程序中所占的比例Fi各类操作的加速比Si各类操作单独改进后，程序获得的加速比操作111.1%21.06操作233.3%1.331.09操作338.9%3.331.37操作416.7%41.144类操作均改进后，整个程序的加速比：3、计算题：Amdahl定律：加快某部件执行速度所能获得的系统性能加速比，受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比（P7页）。向上（下）兼容：按某档机器编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的机器。向前（后）兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改地就能

4、运行于在它之前（后）投入市场的机器。向后兼容是系列机的根本特征。兼容机：由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。4、计算题：哈夫曼树哈弗曼编码方法的计算（1）码长表示法（2）码点表示法1）码长表示法：2—4—6(有三种长度，两位的、四位的、六位的)2）码点表示法：3/6/4（最短的有三条，最长的有四条，中间长度对应为6条）3）2—4最多码点数：13解释：2可以有00、01、10、11四种，但是必须是2-4扩展至少有一个为两位，其他的可以在前面扩展两位，每个可以对应四种例如对于01可以变成：0001、0101、1

5、001、1101，所以总共加起来最多只能是3*4+1=13种4）以下四种编码中：不是2-4扩展的是（D）A:1/2B:2/8C:3/4D:4/8大题：有一台模型机，有以下七种不同的指令，使用频率表示如下：T1:20%T2:12%T3:11%T4:15%T5:8%T6:3%T7:2%T8:18%T9:10%T10:1%（1）上图为哈夫曼编码图：平均长度为2*20%+3*（10%+11%+12%+15%+18%）+4*8%+5*3%+6*(1%+2%)=3.03可以表示成：00、010、011、100、101、110、1

6、110、11110、111110、111111（2）若用定长操作码表示至少需要多少位？答：至少需要4位（3）用扩展操作码（只有两位）可以有多种方式表示，要求平均长度不能大于3.2，给出最合理的编码方式，并求出平均编码长度？①采用扩展操作码可以用2—4扩展操作码的码点1/9表示：求得平均长度为：1*（20%）+4（80%）=3.4>3.2不符合②3—4的6/4编码方式：平均长度为3*（10+11+12+15+18+20）%+4*(1+2+3+8)%=3.14<3.2符合条件③4—5编码6/4方式：4*（10+11+12

7、+15+18+20）%+5*(1+2+3+8)%>3.2④2—5编码中的3/7方式：2*（15+18+20）%+5*（1+2+3+8+10+11+12）%=3.41>3.2不符合5、流水线指标：吞吐率、加速比、效率A吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。最大吞吐率是指流水线在连续流动达到稳定状态后所得到的吞吐率。第一种情况：各段时间相等（设为△t0）　假设流水线由m段组成，完成n个任务。完成n个任务所需的时间第二种情况：各段时间不等B加速比是指流水线的速度与等功能非流水线的速度之比。S＝T非流水／

8、T流水若流水线为m段，且各段时间相等，均为△t0，则：T非流水＝nm△t0T流水＝m△t0＋(n－1)△t0(公式自己代入)C(1)若各段时间相等，则各段的效率ei相等，即e1＝e2＝e3＝、、、＝em＝n△t0／T流水整个流水线的效率为:E=n△t0/T流水=n/（n+m-1）(2)从时－空图上看，效率实际上就是n个任务所占的时空区与m个段总