计算机系统结构》总复习-习题

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1、2001.9.1计算机系统结构1计算机系统结构总复习计算机系统结构2第一章基本概念（P1）本章介绍计算机系统结构的一些基本知识。包括定性知识和定量知识两大组内容。为了便于学习，本章各节重新编号，与教材编号不同。定量知识：对计算机性能进行定量评价的几个重要公式。2001.9.1计算机系统结构3本章重点本章从定性知识和定量知识两个方面介绍计算机系统结构的基本概念。有关重点如下：(1)Amdahl定律；(2)平均周期数CPI公式，程序执行时间Te公式；(3)每秒百万指令数MIPS公式，每秒百万浮点数MFLOPS公式。计算机系统结构41.定量知识───3个性能公式1.1Amdahl定律（

2、加快经常性事件原理，P9）其中：Sn──全局加速比；To──原执行时间（old）；Tn──新执行时间（new）；Se──被改进部分的局部加速比；Fe──被改进部分原执行时间占原来总时间的百分比。计算机系统结构5Amdahl定律的推导计算机系统结构6Amdahl定律的图形从图1.2可以看出，增大Se和Fe对Sn都有提升作用；但当Fe固定时，一味增大Se对Sn的作用会越来越不显著。作1.12假定利用增加向量模块来提高计算机的运算速度。计算机处理向量的速度比其通常的运算要快20倍，将可用向量处理部分所花费的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比。（1）求出加速比S和向量化百分比之间的关

3、系式作1.13（2）当要得到加速比为2时的可向量化百分比F为多少？作1.14（3）为了获得在向量模式所得到的最大加速比的一半，可向量化百分比F为多少？(2)由（1）式有解（1）：由Amdahl定律知(1)(3)由题意可知作1.17假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍，且Cache被访问命中的概率为90％，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？解：fe=0.9，re=5题1.1某计算机系统同时采用两种措施改进性能，使得两个功能部件的性能分别提高到原来的re1倍和re2，这两个部件在运行时使用的时间比例分别为fe1和fe2。试分析系统性能提高的总体加速比。解:1

4、.2CPI与程序执行时间Te（P11）CPI是衡量CPU执行指令效率的重要指标。让我们先考虑一个标准测速程序的全部执行时间Te和其中所有第i种指令的累计时间Ti，易知计算机系统结构131.3每秒百万指令数MIPS与每秒百万浮点数MFLOPS（P11）例题：P10，例1.1~例1.5。P33，题12，题13，题14。例1.19用一台4OMHz处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：指令类型指令条数时钟周期数整数运算450001数据传送320002浮点运算150002控制传送80002求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。解：依题意可知IN=105条

5、，n=4作1.20某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为10MIPS的处理机来执行一个巳知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟、试问：(1)此计算机的有效CPI是多少?(2)假定将处理机的时钟提高到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30％指令每条只需要一次存储存取，而另外5％每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。解(1)(2)依题意可知：30%的指令需要一次存储存取，则这些指令在处理器提高时钟频率之后需要增加1个时钟周期；另外5%的指令需要增加2个时钟周期。改进后性能提

6、高情况可用CPU时间之比表示：题1.3某向量计算机系统中，标量指令的平均CPI是1，向量运算指令的平均CPI是64，系统加快向量部件的速度后使向量运算速度提高到原来的2倍，某一测试程序执行时的向量运算指令数量占全部指令数的10％，问计算机系统运行这个测试程序的整体性能比原来提高多少？解：作1.12假设在一台40MHz处理机上运行200000条指令的目标代码，程序主要由四种指令组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下：指令类型CPI指令混合百分比算术和逻辑运算160%Cache命中的加载/存储218%转移412%Cache失效时访问主存810%(1)计算

7、在单处理机上用上述踪数据运行程序的平均CPI(2)根据(1)所得CPI，计算相应的MIPS速率和程序的执行时间解：依题意可知IN=2×105条，n=4，计算机系统结构21第二章指令系统（P36）本章介绍指令系统设计中2个最基本的内容：数据表示、操作码优化。本章重点(1)Huffman编码方法；(2)等长扩展编码方法（15/15/15法，8/64/512法）；(3)编码方法性能指标（平均码长L，信息冗余量R）。2001.9.1计算机系统结构222.1Huffman压缩编码（P91）