清华第2版《计算机系统结构》习题解答.doc

《计算机系统结构》习题解答
目录
第一章(P33)
-(透明性概念),-(Amdahl定律),、、(CPI/MIPS)
第二章(P124)
、、(浮点数性能),、(指令编码)
第三章(P202)
(存储层次性能),(并行主存系统),-(堆栈模拟),(3)(4)(6)(8)问(地址映象/替换算法--实存状况图)
第四章(P250)
(中断屏蔽字表/中断过程示意图),(通道流量计算/通道时间图)
第五章(P343)
(流水线性能/时空图),(2种调度算法)
第六章(P391)
(向量流水时间计算),(Amdahl定律/MFLOPS)
第七章(P446)
、(互连函数计算),-(互连网性质),、、(多级网寻径算法),(寻径/选播算法)
第八章(P498)
(SISD/SIMD算法)
第九章(P562)
(SISD/多功能部件/SIMD/MIMD算法)
(注:每章可选1-2个主要知识点,每个知识点可只选1题。有下划线者为推荐的主要知识点。)
第一章(P33)

(1)从指定角度来看,不必要了解的知识称为透明性概念。
(2)见下表,“√”为透明性概念,“P”表示相关课文页数。
模m交叉,√,
浮点数据,×,P4
通道与I/O处理机,×,P4
总线宽度,√,
阵列运算部件,×,
结合型与独立型通道,√,
单总线,√,
访问保护,×,
中断,×,
指令控制方式,√,
堆栈指令,×,
最小编址单位,×,
Cache存储器,√,
,“√”为透明性概念,“P”表示相关课文页数。
指令地址寄存器,×,
指令缓冲器,√,
时标发生器,√,
条件码寄存器,×,
乘法器,√,
主存地址寄存器,√,
磁盘,×,
先行进位链,√,
移位器,√,
通用寄存器,×,
中断字寄存器,×,
,“√”表示都透明,“应”表示仅对应用程序员透明,“×”表示都不透明。
数据通路宽度,√,
虚拟存储器,应,
Cache存储器,√,
程序状态字,×,
“启动I/O”指令,应,
“执行”指令,×,
指令缓冲寄存器,√,
Sn
20
1
0 1 Fe
已知Se=20 , 求作Fe-Sn关系曲线。
将Se代入Amdahl定律得

上式中令Sn=2,解出Fe=10/19≈
上式中令Sn=10,解出Fe=18/19≈
已知两种方法可使性能得到相同的提高,问哪一种方法更好。
(1)用硬件组方法,已知Se=40,Fe=,解出Sn=40/≈(两种方法得到的相同性能)
(2)用软件组方法,已知Se=20,Sn=40/,解出Fe=≈(第二种方法的百分比)
(3)结论:软件组方法更好。因为硬件组需要将Se再提高100%(20→40),%(→)。

记f ──时钟频率,T=1/f ──时钟周期,B ──带宽(Byte/s)。
方案一:
方案二:
由各种指令条数可以得到总条数,以及各百分比,然后代公式计算。
(1)
(2)
(3)

(1)
(2)
记Tc ──新方案时钟周期,已知CPI = CPIi = 1
原时间= CPI × IC × = ×Tc
新时间= (×2/3+)× IC × Tc = ×Tc
二者比较,新时间较短。
第二章(P124)
(忽略P124倒1行~ P125第8行文字,以简化题意)已知2种浮点数,求性能指标。
此题关键是分析阶码、尾数各自的最大值、最小值。
原图为数据在内存中的格式,阶码的小数点在其右端,尾数的小数点在其左端,遵守规格化要求。
由于尾数均为原码,原码的绝对值与符号位无关,所以最大正数与最小负数的绝对值相同,可用“±最大绝对值”回答;最小正数与最大负数的绝对值相同,可用“±最小绝对值”回答。
第1小问中,阶码全部位数为8,作无符号数看待真值为0~255,作移-127码看待真值为-127~+128;尾数(不计符号位)有23位小数,另加1位整数隐藏位,所以尾数
~ – 2-23,有效位数p=24;
第2小问中,