计算机系统结构习题答案(李学干)

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1、计算机系统结构习题解答第一章习题一1.2一台经解释实现的计算机，可以按照功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第1级的一条指令需K纳秒时间，那么执行第2、3、4级的一条指令个需要多少时间？解：①分析：计算机按功能分级时，最底层的为第1级。向上一次是第2、3、4级。解释执行是在低级机器级上，用它的一串指令或语句来解释执行高一级上的一条指令的功能。是逐条解释的。②解答：执行第2、3、4级的一条指令各需KNns,KN2ns,KN3ns的时间。1.3操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接实现，而不由操作系

2、统自己来实现。根据你对习题1.2的回答，你认为这样做有哪两个好处？答：可以加快操作系统操作命令解释的速度。同时也节省了存放解释操作命令这部分解释程序所占用的空间。简化了操作系统机器级的设计。也有利于减少传统机器级的指令条数。1.5硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？试举例说明。答：硬件和软件在逻辑意义上是等效的。在物理意义上是不等效的。①在原理上，用硬件或固件实现的功能完全可以用软件来完成。用软件实现的功能也可以用硬件或固件来完成。功能一样。②只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。性能不同。③例如，浮点运算在80386以前

3、一直是用软件实现的。到了80486，将浮点运算器集成到了CPU中，可以直接通过浮点运算指令用硬件实现。但速度却高的多。1.9下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲器。答：①对系统程序员和应用程序员均透明的：是全用硬件实现的计算机组成所包含的方面。有：数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲器。②仅对应用程序员透明的：是一些软硬件结合实现的功能。有：虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令。③均不透明的：“执行”指令。241.16

4、假设高速缓存Cache工作速度为贮存的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：Se=5Fe=90%=0.9根据Amdahl定律，加速比Sn=1/((1-Fe)+Fe/Se)=1/(0.1+0.9/5)=1/0.28=3.571.18用一台40MHz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：指令类型指令数时钟周期数整数运算450001数据传送320002浮点150002控制传送80002解：IC=45000+32000+15000+8000=100000=105CPI=（1/

5、IC）*∑（CPIi*Ii）=（1/105）*（45000*1+（32000+15000+8000）*2）=155000/100000=1.55MIPS=f/(CPI*106)=40*106/(1.55*106)=25.8Te=IC/(MIPS*106)s=3.875ms1.22对在SUNSPARC2工作站上，对SPECBenchmark进行测试，获得了如下所示的速率值，求其算术、几何以及调和平均值（以MFLOPS表示）。解：nn∑Ti=∑1/Ri=(1/10.7+1/8.9+1/8.3+1/5.0+1/8.7+1/9.0+1/9.7+1/11.1+1/7.8

6、+1/5.6)i=1i=1=1.25229nAm=(∑Ti)/10=0.125229Am=0.125229*1/(106)s=0.125μSi=1nHm=n/(∑1/Ri)=10/1.25229=7.985MFLOPSi=124第二章习题二2.3解1:①最大正数：尾数最大m=0.1111…1=(1-2-23),阶码最大e=+127。加上一个隐藏位，最大正数为FMax32=（2-2-23）*2+127=+（3.4*1038）②最小正数：尾数最小m=1.000…0=1.0,阶码最小e=-126。所以，规格化的最小数Min1=1*2-126=5.877*10-39若

7、e=0,且m≠0,N=(-1)s*2-127*(0.m)。则最小正数为：FMin32=+2-127*(0.000…1)=+2-150=1.5*10-45。√③最大负数：为=-（1.5*10-45）④最小负数:为=-（3.4*1038）⑤表数精度：δ=2-p=2-24⑥表数效率：η=100%解2：①最大正数：FMax64=+（（2-2-52）*2+1023）=+（1.798*10308）②最小正数：FMin64=+2-1023*(0.000…1)=+（2-1075）=+（5.0*10-324）10-x=2-1075à10x=21075àx=㏒1021075=10

8、75*㏑2/㏑10=323.62.5解