计算机系统结构课后题.doc

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1、...[例题1.1]假设将某一部件的处理速度加快到10倍，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？[解答]由题意可知：Fe=0.4,Se=10，根据Amdahl定律，加速比为：Sn=1/(0.6+0.4/10)=1.56[例题1.2]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

2、50%。请比较这两种设计方案。[解答]分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比：[例题1.2][解答]=(4*25%)+(1.33*75%)=2.0方案1：CPI1=CPI原-2%*（CPI老1-CPI新1）=2.0-2%*（20-2）=1.64方案2：CPI2=CPI原-25%*（CPI老2-CPI新2）=2.0-25%*（4-2）=1.5方案2的加速比=CPU时间原/CPU时间2=IC*时钟周期*CPI原/IC*时钟周期*CPI2=2/1.5=1.33[习题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

3、，能使整个存储系统获得多高的加速比Sp？[解答]我们首先对新的存储系统的性能做以下的假设：在Cache不命中的情况下，对Cache的访问不会额外损失时间，即：首先，决定Cache是否命中所用的时间可以忽略；其次，在从主存向Cache传输的同时，数据也被传输给使用部件（不需要再从Cache中读取）。这样，新的存储系统中，平均存取时间分为两个部分：其中，R表示各种情况所占的比例。根据加速比的计算公式,[习题1.19].......[解答]CPI＝∑CPIi×[Ii/Ic]＝45000/105＋（32000×2）/105＋（15000×2）/105＋（8000×2）/105＝

4、1.55MIPS＝(40×106)/(1.55×106)＝25.8MIPSTe＝105/(25.8×106)＝3.88ms[习题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已知混合程序。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。[解答]（1）由MIPS=时钟

5、频率/（CPI×106），则有：CPIA=时钟频率/（MIPS×106）=1.5。 （2）当时钟频率为15MHZ时，假设不进行存储操作指令的CPI为x，则要进行一次存储操作指令的CPI为1+x，要进行二次存储操作指令的CPI为2+x，因此有： 1.5=x×65%+（1+x）×30%+（2+x）×5% 解得x=1.1 当时钟频率为30MHZ时，不进行存储操作指令的CPI不变为1.1，要进行一次存储操作指令的CPI为2+x=3.1，要进行二次存储操作指令的CPI为4+x=5.1，因此平均CPI为：CPIB=1.1×65%+3.1×30%+5.1×5%=1.9 所以MIPSB

6、=时钟频率/（CPIB×106）=（30×106）/（1.9×106）=15.8 [习题2.13]一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表:指令信号出现概率Huffman编砝码2/8扩展编砝码3/7扩展编砝码10.250.2030.1540.105 一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表:指令信号出现概率Huffman编砝码2/8扩展编砝码3/7扩展编砝码10.2520.2030.1540.1050.0860.0870.0580.049.......0.03100.02(1)采用最优Huffman编码法（信息熵）计算这10条指令的操作码

7、最短平均长度。(2)采用Huffman编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法（信息熵）相比的操作码信息冗余量。将得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(3)采用2/8扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(4)采用3/7扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入