计算机系统结构第一章(习题解答)

1.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成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。若执行第一级的一条指令需要Kns时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间？解：可以分情况进行讨论情况一执行第2级的一条指令需要NK纳秒，执行第3级的一条指令需要N2K纳秒，执行第4级的一条指令需要N3K纳秒。情况二执行第2级的一条指令需要K/N纳秒，执行第3级的一条指令需要K/N2纳秒，执行第4级的一条指令需要K/N3纳秒。2.实现软件移植的主要途径有哪些？它们存在什么问题？适用于什么场合？答：略3.想在系列中发展一种新型号机器，你认为下列哪些设想是可以考虑的，哪些则是行不通的？为什么？⑴新增加字符数据类型和若干条字符处理指令，以支持事务处理程序的编译。⑵为增强中断处理功能，将中断分析由原来的4级增加到5级，并重新调整中断响应的优先次序。⑶在CPU和主存之间增设Cache存储器，以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。⑷为解决计算误差较大的问题，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为增设用只读存储器存放下溢处理结果的查表舍入法。⑸为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原来全部采用等长操作码的指令改成有3类不同码长的扩展操作码；并将源操作数寻址方式由原来的操作码指明改成增加一个如VAX-11那样的寻址方式位字段来指明。⑹将CPU与主存之间的数据通路宽度由16位扩展到32位，以加快主机内部信息的传送。⑺为了减少使用公用总线的冲突，将单总线改为双总线。⑻把原来的0号通用寄存器改作为专用的堆栈指示器。答：⑵、⑸、⑻不可以，其它都可以。⑵不可以，对系列机可以增加新功能，但是不能改变原来的功能。⑸不可以，改变了指令的格式和功能。⑻不可以，0号通用寄存器变成堆栈指示器，0号通用寄存器不能用了。4.如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式求解部分所花费时间占总时间的百分比为可向量化百分比。请画出加速比与可向量化百分比两者关系的曲线。答：加速比Sn与可向量化百分比Fe两者之间的关系式为：Fe19202020/Fe)Fe1(1SeFe)Fe1(1Sn0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.000.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00Fe-可向量化百分比Sn-加速比5.在40MHZ的处理机上运行200000条指令的程序，它由四种指令组成。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时钟周期数如下：指令类型CPI指令混合比算术和逻辑160%高速缓存命中的加载/存储218%转移412%高速存储缺失的存储器访问810%⑴计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。⑵根据⑴所得的CPI，计算相应的MIPS速率。答：⑴24.21.0812.0418.026.01)ICICPI(CPIn1iii⑵86.171024.2104010CPIMIPS666时钟频率6.在SUNSPARC2工作站上，对SPECBenchmark进行测试，获得了如下所示的速率值，求出其算术、几何及调和平均值（以MFLOPS表示）。程序名速率（MFLOPS）GCC10.7Espress08.9Spice2g68.3DODUC5.0NASA78.7Li9.0Eqntott9.7Matrix30011.1FPPPP7.8TOMCATV5.6答：算术平均为：MFLOPS48.8)6.58.71.117.90.97.80.53.89.87.10(101Rn1An1iim几何平均为：MFLOPS247.86.58.71.117.997.853.89.87.10RG10nn1iim调和平均为：MFLOPS985.76.518.711.1117.91917.81513.819.817.10110R1nHn1iim