计算机体系结构复习题.docx

1.7 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解 由题可知： 可改进比例 = 40% = 0.4部件加速比 = 10根据Amdahl定律可知：采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。1.8 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为：部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl定理的扩展：已知S1＝30，S2＝20，S3＝10，Sn＝10，F1＝0.3，F2＝0.3，得：得F3＝0.36，即部件3的可改进比例为36%。（2）设系统改进前的执行时间为T，则3个部件改进前的执行时间为：（0.3+0.3+0.2）T = 0.8T，不可改进部分的执行时间为0.2T。已知3个部件改进后的加速比分别为S1＝30，S2＝20，S3＝10，因此3个部件改进后的执行时间为： 改进后整个系统的执行时间为：Tn = 0.045T+0.2T = 0.245T那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是：3.4 设一条指令的执行过程分成取指令、分析指令和执行指令三个阶段，每个阶段所需的时间分别为△t、△t和2△t 。分别求出下列各种情况下，连续执行N条指令所需的时间。（1）顺序执行方式；（2）只有“取指令”与“执行指令”重叠；（3）“取指令”、“分析指令”与“执行指令”重叠。解：（1）每条指令的执行时间为：△t＋△t＋2△t＝4△t连续执行N条指令所需的时间为：4N△t（2）连续执行N条指令所需的时间为：4△t＋3（N-1）△t＝（3N＋1）△t（3）连续执行N条指令所需的时间为：4△t＋2（N-1）△t＝（2N＋2）△t4.2 简述Tomasulo算法的基本思想。答：核心思想是：① 记录和检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发生RAW冲突的可能性减小到最少；② 通过寄存器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。寄存器换名是通过保留站来实现，它保存等待流出和正在流出指令所需要的操作数。基本思想：只要操作数有效，就将其取到保留站，避免指令流出时才到寄存器中取数据，这就使得即将执行的指令从相应的保留站中取得操作数，而不是从寄存器中。指令的执行结果也是直接送到等待数据的其它保留站中去。因而，对于连续的寄存器写，只有最后一个才真正更新寄存器中的内容。一条指令流出时，存放操作数的寄存器名被换成为对应于该寄存器保留站的名称（编号）。Consider a program with the given characteristicsInstruction count (I-Count) = 106 instructions30% of instructions are loads and storesD-cache miss rate is 5% and I-cache miss rate is 1%Miss penalty is 100 clock cycles for instruction and data cachesCompute combined misses per instruction and memory stall cyclesCombined misses per instruction in I-Cache and D-Cache1% + 30% 5% = 0.025 combined misses per instructionEqual to 25 misses per 1000 instructionsMemory stall cycles0.025 100 (miss penalty) = 2.5 stall cycles per instructionTotal memory stall cycles = 106 2.5 = 2,500,000CPI with Memory StallsA processor has CPI of 1.5 without any memory stallsCache miss rate is 2% for instruction and 5% for data20% of instructions are loads and storesCache miss penalty is 100 clock cycles for I-cache a