计算机系统结构(第2版(课后习题答案

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1、你计算机系统结构清华第2版习题解答tiger1381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）1381.1第四章(P250)4.5（中断屏蔽字表/中断过程示意图），4.

2、8（通道流量计算/通道时间图）1.2第五章(P343)5.9（流水线性能/时空图），5.15（2种调度算法）1.3第六章(P391)6.6（向量流水时间计算），6.10（Amdahl定律/MFLOPS）1.4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）1381.1第八章(P498)8.12（SISD/SIMD算法）1.2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

3、知识点可只选1题。有下划线者为推荐的主要知识点。)1381例,习题1.1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138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

4、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：FeFPSQR=0.20,SeFPSQR=10FeFP=0.50,SeFP=2138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

5、和指令条数保持不变)。解：原系统的CPIFP=4.0,=25%CPI2=1.33,=1-25%CPI原=CPIFP+CPI2=4.0×25%+1.33×75%138=2方案1（使FPSQR操作的CPI为2）系统CPI=CPI原-CPIFPSQR原+CPIFPSQR新=CPI原-（CPIFPSQR原-CPIFPSQR新）=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=CPI原-（CPIFP原-CPIFP新）=2-25%×（4-2）=1.5我们也

6、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=1.5138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=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:138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

7、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=0.2×2+0.8×1=1.2TCPUA=ICA×1.2×tA=1.2ICA×tACPUB转移指令占20%÷80%=25%CPIB=0.25×2+0.75×1=1.25由于CPUB中没有比较指令，因此ICB=0.8×ICACPUB时钟周期就比CPUA

8、要慢25%tB=1.25tATCPUB=ICB×CPIB×tB=0.8ICA×1.25×1.25tA138=1.25ICA×tATCPUA