计算机系统结构课后题解析.doc

[例题1.1] 假设将某一部件的处理速度加快到10倍，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？ [解答] 由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律，加速比为：Sn=1/(0.6+0.4/10)=1.56 [例题1.2] 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。 分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比： [习题1.17] 假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍，且Cache被访问命中的概率为90%，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比Sp？ [解答] 我们首先对新的存储系统的性能做以下的假设：在Cache不命中的情况下，对Cache的访问不会额外损失时间，即：首先，决定Cache是否命中所用的时间可以忽略；其次，在从主存向Cache传输的同时，数据也被传输给使用部件（不需要再从Cache中读取）。这样，新的存储系统中，平均存取时间分为两个部分： 其中，R表示各种情况所占的比例。 根据加速比的计算公式, [习题1.19] [解答] CPI＝∑CPIi×[Ii/Ic]＝45000/105＋（32000×2）/105＋（15000×2）/105＋（8000×2）/105＝1.55 MIPS ＝ (40 × 106)/(1.55 × 106) ＝ 25.8MIPS Te ＝ 105/(25.8 × 106) ＝ 3.88ms [习题1.20] 某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟、试问：（1）此计算机的有效CPI是多少？ 假定将处理机的时钟提高到30MHz，但存储器子系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟周期。如果30%指令每条只需要一次存储存取，而另外5%每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。 [解答]（1）由MIPS = 时钟频率/（CPI×106）， 则有：CPIA =时钟频率/（MIPS×106）= 1.5。?（2）当时钟频率为15MHZ时，假设不进行存储操作指令的CPI为x，则要进行一次存储操作指令的CPI为1+ x，要进行二次存储操作指令的CPI为2+ x，因此有：?1.5 = x×65% + （1+ x）×30% + （2+ x）×5%?解得x = 1.1?当时钟频率为30MHZ时，不进行存储操作指令的CPI不变为1.1，要进行一次存储操作指令的CPI为2+ x = 3.1，要进行二次存储操作指令的CPI为4+ x = 5.1，因此平均CPI为：CPIB = 1.1×65% + 3.1×30% + 5.1×5% = 1.9?所以 MIPSB = 时钟频率/（CPIB×106）=（30×106）/（1.9×106）= 15.8? [习题2.13] 一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表:指令信号 出现概率 Huffman编砝码 2/8扩展编砝码 3/7扩展编砝码 1 0.25 0.20 3 0.15 4 0.10 5?一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表:指令信号 出现概率 Huffman编砝码 2/8扩展编砝码 3/7扩展编砝码 1 0.25 2 0.20 3 0.15 4 0.10 5 0.08 6 0.08 7 0.05 8 0.04 9 0.03 10 0.02(1) 采用最优Huffman编码法（信息熵）计算这10条指令的操作码最短平均长度。(2) 采用Huffman编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法（信息熵）相比的操作码信息冗余量。将得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(3) 采用2/8扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(4) 采用3/7扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度，计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。 [解答] [习题2.14] 一台模型机共有7条指令