系统结构解答.doc

第一章补充

1、用一台40MHZ处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：

指令类型

指令数

时钟周期数

整数运算

45000

1

数据传送

32000

2

浮点

15000

2

控制传送

8000

2

求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。

[解答]

CPI=

=(45000*1+32000*2+15000*2+8000*2)/

(45000+32000+15000+8000)

=1.55周期/指令

MIPS

程序执行时间t:

2、假设在一台40MHZ处理机上运行200,000条指令的目标代码，程序主要由四种指令组成。根据程序跟踪实验结果，指令混合比和每种指令所需的指令数如下：

指令类型

CPI

指令混合比

算术和逻辑

1

60%

高速缓存命中的加载/存储

2

18%

转移

4

12%

高速存储缺失的存储器访问

8

10%

计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。

根据(a)所得的CPI,计算相应的MIPS速率。

[解答]

=2.24

3、假定我们利用增加向量处理模块来提高计算机的运算速度。计算机处理向量的速度比其通常的运算要快20倍。我们将可用向量处理局部所花费的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比〔原〕。

求出加速比S和可向量化百分比F之间的关系式。

当要得到加速比为2时的可向量化百分比F为多少？

[解答]

由Amdahl定律可知：；〔1〕

由〔1〕得 ：

；〔2〕

由〔2〕得

4、某台计算机只有Load/Store指令能对存储器进行读/写操作，其它指令只对存放器进行操作。根据程序跟踪实验结果，每种指令所占的比例及CPI数如下：

指令类型指令所占比例CPI

算逻指令43％1

Load指令21％2

Store指令12％2

转移指令24％2

(1)求上述情况下的平均CPI。

(2)假设程序有M条指令组成。算逻运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在存放器中，另一个必须在算逻指令执行前用Load指令从存储器取到存放器。因此有人建议增加另一种算逻指令，其特点是一个操作数取自存放器，另一个操作数取自存储器，即存放器?存储器类型，假设这种指令的CPI等于2。同时，转移指令的CPI变为3。求新指令系统的平均CPI。

[答]

CPI旧＝(0.43×1＋0.21×2＋0.12×2+0.24×2)=1.57

2.原算逻指令中的25％变成了存放器?存储器型指令，所以算逻指令(存放器?存放器型)少了(0.25×0.43)M条，Load指令少了(0.25×0.43)M条，而(0.25×0.43)M条的新指令为存放器?存储器型指令。指令总数少了(0.25×43%)M条。设执行算逻指令(存放器?存放器型)、Load指令、算逻指令(存放器?存储器型)、Store指令和转移指令的周期总数分别为C1，C2，C3，C4，C5，所以:

C1=(0.43-(0.25×0.43))M×1=0.3225M

C2=(0.21-(0.25×0.43))M×2=0.205M

C3=(0.25×0.43)M×2=0.215M

C4=0.12M×2=0.24M

C5=0.24×3M=0.72M

新指令总数N=〔1-(0.25×0.43)〕M=0.8925M

CPI新=〔C1+C2+C3+C4+C5〕/N

=1.7025M/0.8925M

=1.908

第一章：

[习题1.2]如果有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分为4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。假设执行第一级的一条指令需Kns的时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间？

[解答]第二级的每条指令需要N条第一级指令进行解释，所以执行一条第二级指令所需要的时间为：

同理有：

[习题1.11]

[解答]需要考虑的问题主要是相同系列计算机之间的兼容问题，〔2〕、〔5〕、〔8〕是行不通的；而〔1〕、〔3〕、〔4〕、〔6〕、〔7〕那么可以考虑。

[习题1.12]如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用标量方式求解局部所花费时间占总的时间的百分比为可向量化百分比．请画出加速比与可向量化比例两者之间关系的曲线．

[解答]设可向量化比例为Pvector，那么加速比的计算公式表示为：

因此，加速比和