计算机系统结构(第2版)郑伟明汤志忠课后习题答案以及例题收录.doc

计算机系统结构(第2版) 郑伟明 汤志忠 编著 清华大学出版社 习题解答 目录 第一章(P33) 1.7-1.9（透明性概念），1.12-1.18（Amdahl定律），1.19、1.21、1.24（CPI/MIPS） 第二章(P124) 2.3、2.5、2.6（浮点数性能），2.13、2.15（指令编码） 第三章(P202) 3.3（存储层次性能），3.5（并行主存系统），3.15-3.15加1题（堆栈模拟），3.19中(3)(4)(6)(8)问（地址映象/替换算法--实存状况图） 第四章(P250) 4.5（中断屏蔽字表/中断过程示意图），4.8（通道流量计算/通道时间图） 第五章(P343) 5.9（流水线性能/时空图），5.15（2种调度算法） 第六章(P391) 6.6（向量流水时间计算），6.10（Amdahl定律/MFLOPS） 第七章(P446) 7.3、7.29（互连函数计算），7.6-7.14（互连网性质），7.4、7.5、7.26（多级网寻径算法），7.27（寻径/选播算法） 第八章(P498) 8.12（SISD/SIMD算法） 第九章(P562) 9.18（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。) 例, 习题 第一章(P33) 例1.1,p10 假设将某系统的某一部件的处理速度加快到10倍,但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：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律 例1.2,p10 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50%。请比较这两种设计方案。 解：分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比： Fe FPSQR=0.20,Se FPSQR=10 Fe FP=0.50,Se FP=2 例1.3,p11 如果FP操作的比例为25%，FP操作的平均CPI=4.0，其它指令的平均CPI为1.33，FPSQR操作的比例为2%， FPSQR的CPI为20。假设有两种设计方案，分别把FPSQR操作的CPI和所有FP操作的CPI减为2。试利用CPU性能公式比较这两种设计方案哪一个更好(只改变CPI而时钟频率和指令条数保持不变)。 解： 原系统的 CPIFP=4.0, =25% CPI2=1.33, =1-25% CPI原 = CPIFP + CPI2 =4.0×25% + 1.33×75% =2 方案1（使FPSQR操作的CPI为2）系统 CPI=CPI原 - CPIFPSQR原 + CPIFPSQR新 =CPI原 - （CPIFPSQR原 - CPIFPSQR新） =2-2%×（20-2） =1.64 方案2（提高所有FP指令的处理速度, 使FPSQR操作的CPI为2） CPI=CPI原 - CPIFP原 + CPIFP新 =CPI原 - （CPIFP原 - CPIFP新） =2-25% ×（4-2） =1.5 我们也可以根据以下公式计算出方案2系统（同求CPI原） CPI= 75%×1.33+25%×2=1.5 显然，提高所有FP指令处理速度的方案要比提高FPSQR处理速度的方案要好。 方案2的加速比 =2/1.5 =1.33 例1.4 假设两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟周期，而其它指令只需1个时钟周期。 CPUA:采用一条比较指令来设置相应的条件码，由紧随其后的一条转移指令对此条件码进行测试，以确定是否进行转移。显然实现一次条件转移要执行比较和测试两条指令。条件转移指令占总执行指令条数的20%。由于每条转移指令都需要一条比较指令，所以比较指令也将占20%。 CPUB采用比较功能和判别是否实现转移功能合在一条指令的方法，这样实现一条件转移就只需一条指令就可以完成。由于CPUB在转移指令中包含了比较功能，因此它的时钟周期就比CPUA要慢25%。 现在要问，采用不同转移指令方案的CPUA和CPUB，那个工作速度会更快些？ 解： CPIA=0.2×2+0.8×1=1.2 TCPUA=ICA×1.2×tA = 1.2 ICA×tA CPUB转移指令占20%÷80%=25% CPIB = 0.25×2+0.75×1=1.25 由于CPUB中没有比较指令，因此 ICB = 0.8×ICA CPUB时钟周期就比CPU