计算机系统结构课后答案.doc

第1章 计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语某部件获得的系统性能，受限于该部件。局部性原理：程序执行时所访问存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚时间局部性空间局部性。1.2 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。 答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。 1.3 计算机系统结构的Flynn分类法是按什么来分类的？共分为哪几类？ 答：Flynn分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。把计算机系统的结构分为： 单指令流单数据流SISD 单指令流多数据流SIMD 多指令流单数据流MISD 多指令流多数据流MIMD 1.9 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据下表： 操作类型 程序中的数量 （百万条指令） 改进前的执行时间 （周期） 改进后的执行时间 （周期） 操作1 10 2 1 操作2 30 20 15 操作3 35 10 3 操作4 15 4 1 （1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？ （2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？ 4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？Amdahl定律可得 操作类型 各类操作的各类操作的加速比各类操作单独改进后，程序获得的加速比 操作1 12 1.06 操作2 1.33 1.09 操作3 3.33 1.37 操作4 1 4 1.14 4类操作均改进后，整个程序的加速比 第2章 指令集结构的分类 解释下列术语 CISC：复杂指令集计算机 RISC：精简指令集计算机 寻址方式：指令系统中如何形成所要访问的数据的地址。一般来说，寻址方式指明指令中的操作数是一个常数、一个寄存器操作数或者是一个存储器操作数。 指令中表示操作数类型通常有哪几种指令格式，请简述其适用范围。解释下列术语 数据相关指令和jj的前面，如果则指令j与指令i数据相关指令j使用指令i产生的结果指令j与指令k数据相关，指令k与指令i数据相关。名相关如果两条指令使用相同的名，但是它们之间并没有数据流，则称名相关。控制相关是指由分支指令引起的相关。它需要根据分支指令执行结果来确定后。构冲突硬件资源满足不了指令重叠执行的要求发生数据冲突需要用到前面指令的执行结果。控制冲突流水线遇到分支指令其会改变PC值的指令。简述流水线技术的特点。流水技术有特点： 各段时间应尽相等，堵塞断流流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入端提供任务，才能充分发挥流水线的效率。流水线需要有通过时间静态t，其余各段的时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或 暂存于相应的流水寄存器中。现要在该流水线上计算 ，画出其时空图，并计算其吞吐率、速比和效率。首先，应选择适合于流水线工作的算法。对于本题，应先计算A1B1、A2B2、A3B3和A4B4；再计算A1＋B1) ×(A2＋B2)和(A3＋B3) ×(A4＋B4)；然后求总的结果。 其次，画出完成该计算的时空图，如所示，图中阴影部分表示该段在工作。由图可见，它在个△t时间，给出7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求需△t，一次求需△t，则产生上述7个结果共需（4×+3×3）△t =△t。所以加速比为 该流水线的效率可由阴影区和个段总时空区的比值求得 3.15 动态多功能流水线由6个功能段组成，如下图： 其中，S1、S4、S5、S6组成乘法流水线，S1、S2、S3、S6组成加法流水线，各个功能段时间均为50ns，假设该流水线的输出结果可以直接返回输入端，而且设置有足够的缓冲寄存器，若以最快的方式用该流水计算： 画出时空图； 计算实际的吞吐率、加速比和效率。 解：机器一共要做10次乘法，4次加法。 3.17 假设各种分支指令数占所有指令数的百分比如下： 条件分支 20%（其中的60%是分支成功的） 跳转和调用 5% 现有一为4的流水线，无条件分支在第二个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第三个时钟周期结束时才能够被解析出