2022年計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案解析

2022年計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案解析計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案解析篇一：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案說明下列術(shù)語系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結(jié)構(gòu)，每一層以一種不同的語言為特征。這些層次依次為：微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級，高級語言機器級，應(yīng)用語言機器級等。虛擬機：用軟件實現(xiàn)的機器。器上等效的程序，然后再在這低一級機器上運行，實現(xiàn)程序的功能。是轉(zhuǎn)去執(zhí)行低一級機器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級機器取下一條語句或指令，再進(jìn)行說明執(zhí)行，如此反復(fù)，直到說明執(zhí)行完整個程序。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機器程序員所看到的計算機屬性，即第1頁 30頁概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。角度看又似乎不存在的概念稱為透亮性。中的數(shù)據(jù)流和限制流的組成以及邏輯設(shè)計等。部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術(shù)等。提高的倍數(shù)。Amdahl獲得的整個系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時間占總執(zhí)行時間的百分比。機分布的，而是相對地簇聚。包括時間局部性和空間局部性。CPI：每條指令執(zhí)行的平均時鐘周期數(shù)。測試程序套件：由各種不同的真實應(yīng)用程序構(gòu)成的一組測試第2頁 30頁程序，用來測試計算機在各個方面的處理性能。動。程序預(yù)先存放在計算機存儲器中，機器一旦啟動，就能根據(jù)程序指定的邏輯依次執(zhí)行這些程序，自動完成由程序所描述的處理工作。組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的計算機。由一臺計算機移植到另一臺計算機上運行。差別只是執(zhí)行時間的不同。向上（下）運行于比它高（低）檔的計算機。向后（前）制的程序，不加修改地就能運行于在它之后（前）投入市場的計算機。模擬：用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的計算機（稱為宿主機）上第3頁 30頁實現(xiàn)另一臺計算機（稱為虛擬機）的指令系統(tǒng)。仿真：用一臺現(xiàn)有計算機（稱為宿主機）實現(xiàn)另一臺計算機（稱為目標(biāo)機）的指令系統(tǒng)。種運算或操作。只要在時間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時性與并發(fā)性兩種含義。時間重疊：在并行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。過重復(fù)設(shè)置硬件資源，大幅度地提高計算機系統(tǒng)的性能。次輪番運用同一套硬件設(shè)備。和交互作用實力的強弱。之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過總線或高速開關(guān)互連，第4頁 30頁可以共享主存。松散耦合系統(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般是通過通道或通信（計算機之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級上進(jìn)行。的處理機組成，它們根據(jù)作業(yè)要求的依次，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務(wù)進(jìn)行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。處理機組成，它們同時處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個任務(wù)?，F(xiàn)之間的相互關(guān)系。范圍等屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采納并行主存、邏輯設(shè)計等屬于計算機組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計等屬于計算機實現(xiàn)。算機組成的物理實現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成第5頁 30頁可以有多種實現(xiàn)。Flynn分為哪幾類？Flynn把計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為：（1）（2）（3）（4）SISDSIMDMISDMIMD4說出它們的含義。（1）以常常性事務(wù)為重點。在計算機系統(tǒng)的設(shè)計中，對常常發(fā)生的狀況，給予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源運用權(quán)，以得到更（2）AmdahlCPUCPUIC×CPI第6頁 30頁（4）的分布不是隨機的，而是相對地簇聚。系統(tǒng)中并行性等級從低到高可分為哪幾級？答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級從低到高可分為：本的串行處理方式，不存在并行性；間是串行的。已起先出現(xiàn)并行性；字并位串：同時對很多字的同一位（稱為位片）理。這種方式具有較高的并行性；指令內(nèi)部并行：單條指令中各微操作之間的并行；指令級并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；線程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程，通常是第7頁 30頁以一個進(jìn)程內(nèi)派生的多個線程為調(diào)度單位；或任務(wù)（程序段，以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元；程序。400MHz指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時鐘周期數(shù)如下：指令類型指令執(zhí)行數(shù)量平均時鐘周期數(shù)整數(shù)450001數(shù)據(jù)傳送7500028000415002求該計算機的有效CPI、MIPS和程序執(zhí)行時間。（1CPI＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)129500＝1.776（2）MIPS速率＝f/CPI＝400/1.776＝225.225MIPS（3）(45000×1＋75000×2＋8000×4＋第8頁 30頁1500×2)／400=575s10能的處理時間僅為整個系統(tǒng)運行時間的40%，則采納此增加功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？40%0.4Amdahl采納此增加功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高到原來的1.5625倍。加速比為：部件加速比1=30；部件加速比2=20；部件加速比3=101230310？30%、30三個部件同時改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不行加速部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是多少？（1）在多個部件可改進(jìn)狀況下，Amdahl定理的擴展：第9頁 30頁得：得F3＝0.36336%。（2）T3（0.3+0.3+0.2）T=0.8T，不行改進(jìn)部分的執(zhí)行時間0.2T。3S1＝30，S2＝20，S3＝103改進(jìn)后整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間為：Tn0.045T+0.2T那么系統(tǒng)中不行改進(jìn)部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是：4不同的性能提高。詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表所示：操作類型程序中的數(shù)量（百萬條指令）改進(jìn)前的執(zhí)行時間（周期）改進(jìn)后的執(zhí)行時間（周期）第10頁 30頁11021230201533510341541改進(jìn)后，各類操作的加速比分別是多少？各類操作單獨改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（3）4AmdahlFiSi各類操作單獨改進(jìn)后，程序獲得的加速比111.1%233.3%338.9%21.061.331.093.331.37416.7%41.1442說明下列術(shù)語第11頁 30頁堆棧型機器：CPU中存儲操作數(shù)的單元是堆棧的機器。累加器型機器：CPUCPU的機器。CISC：困難指令集計算機RISC：精簡指令集計算機般來說，尋址方式可以指明指令中的操作數(shù)是一個常數(shù)、一個寄存器操作數(shù)或者是一個存儲器操作數(shù)。些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3CPU數(shù)的存儲單元。據(jù)此可將指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為堆棧結(jié)構(gòu)、累加器結(jié)構(gòu)和通用寄存器結(jié)構(gòu)。3第12頁 30頁答：指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型優(yōu)點缺點篇二：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作業(yè)答案第三章(張晨曦)3.1-3.3為術(shù)語說明等解答題。3.43ΔT,ΔT,2ΔT，N(1)(2)只有“取指令”與“執(zhí)行指令”重疊(3)“取指令”，“分析指令”與“執(zhí)行指令”重疊解：(1)4NΔT(2)(3N+1)ΔT(3)2(N+1)ΔT3.6解決流水線瓶頸問題有哪兩種常用方法？解：細(xì)分瓶頸段將瓶頸段細(xì)分為若干個子瓶頸段(2)3.9for(i2;i<100;i=i+1)a[i]b[i]第13頁 30頁a[i];-----(1)c[i+1]=a[i]+d[i];-----(2)a[i-1]=2*b[i];-----(3)b[i+1]=2*b[i];-----(4)}解：輸出相關(guān)：第k次循環(huán)時(1)與第k+1輪時(3)反相關(guān)：第k次循環(huán)時(1)和(2)與第k-1輪時(3)(1)與k(4)與k+13.12有一指令流水線如下所示50ns50ns100ns200ns(1)10該流水線的實際吞吐率和效率消退此“瓶頸”。對于你所給出10率各是多少？（1m表示流水線級數(shù)，n表示任務(wù)數(shù)）（2）瓶頸在3、4段。方法一：變成八級流水線（細(xì)分）11.7e8方法二：變成兩級流水線（合并）第14頁 30頁方法三：將段1、2合并為一段，段4細(xì)化流水為兩段方法四：重復(fù)設(shè)置部件，設(shè)置23，44第一種方法結(jié)果相同3.14513451、2、532Δt，其余各段時間均為Δt,而且流水線的輸出可以干脆返回輸入端或暫存于相應(yīng)的流水寄存器中，現(xiàn)要在該流水線上計算(ABiii14急速比和效率。1）F=(A1+B1)·（A2+B2）·（A3+B3）·（A4+B4）(7)第15頁 30頁時空圖如下：S5S4S3S2S1(2)Tk===29/18=1.611，E=29/(18*5)=29/90≈32.2%3.1564S4S5S6S2S3S650ns結(jié)果可以干脆返回流水線輸入端，而且設(shè)置有足夠的緩沖寄存器。若根據(jù)最快的方式用該流水線計算①請畫（1）.任務(wù)劃分如下：。F=X1·Y1·Z1+X2·Y2·Z2+X3·Y3·Z3+X4·Y4·Z4+X5·Y5·Z5時空圖如下：S6S5S4S3S2S1==7/11Δt=7/(11*50ns)=12.727e6，S=28/11=2.555，E=14/33=42.42%第16頁 30頁3.18Cray14（號中給出相應(yīng)功能部件時間164，則須要多少拍能得到全部結(jié)果。V0←存儲器(存儲器取數(shù)：7拍)V2←V0+V13)V3←V2<A3A3拍)V5←V3∧V42解答：時間為(1+7+1)(1+3+1)(1+4+1)(1+2+1)24。6424(64-1)87結(jié)果。篇三：計算機體系結(jié)構(gòu)課后習(xí)題原版答案_張晨曦著說明下列術(shù)語概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。第17頁 30頁中的數(shù)據(jù)流和限制流的組成以及邏輯設(shè)計等。部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術(shù)等。提高的.倍數(shù)。Amdahl獲得的整個系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時間占總執(zhí)行時間的百分比。種運算或操作。只要在時間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時性與并發(fā)性兩種含義?，F(xiàn)之間的相互關(guān)系。范圍等屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采納并第18頁 30頁裝技術(shù)、線路設(shè)計等屬于計算機實現(xiàn)。算機組成的物理實現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實現(xiàn)。1.44（1）的設(shè)計中，對常常發(fā)生的狀況，給予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源運用（2）AmdahlCPUIC×CPI（4）所訪問地址的分布不是隨機的，而是相對地簇聚。400MHz指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時鐘周期數(shù)如下：求該計算機的有效CPIMIPS和程序執(zhí)行時間。1CPI＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)/129500＝1.776第19頁 30頁（2）MIPS速率＝f/CPI＝400/1.776＝225.225MIPS（3）(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s10能的處理時間僅為整個系統(tǒng)運行時間的40%，則采納此增加功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？40%0.410據(jù)Amdahl1系統(tǒng)加速比1.56250.410.410采納此增加功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高到原來的1.5625倍。加速比為：第20頁 30頁部件加速比1=30；部件加速比2=20；部件加速比3=101230310？30%、30三個部件同時改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不行加速部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是多少？（1）在多個部件可改進(jìn)狀況下，AmdahlSn(11Fi)FiSi得：101第21頁 30頁1（-0.30.3F30.3/300.3/20F3/10）得F3＝0.36336%。（2）T3（0.3+0.3+0.2）T=0.8T，不行改進(jìn)部分的執(zhí)行時間0.2T。3S1＝30，S2＝20，S3＝103'Tn0.3T0.3T0.2T0.045T302022改進(jìn)后整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間為：Tn=0.045T+0.2T=0.245T那么系統(tǒng)中不行改進(jìn)部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是：0.2T0.820.245T4第22頁 30頁不同的性能提高。詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表所示：（2）各類操作單獨改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？（3）4Amdahl定律Sn1Fe(1Fe)Se4類操作均改進(jìn)后，整個程序的加速比：1Sn2.16Fi(1Fi)Si2說明下列術(shù)語堆棧型機器：CPU中存儲操作數(shù)的單元是堆棧的機器。累加器型機器：CPUCPU第23頁 30頁的機器。3CPU數(shù)的存儲單元。據(jù)此可將指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為堆棧結(jié)構(gòu)、累加器結(jié)構(gòu)和通用寄存器結(jié)構(gòu)。2.4指令集應(yīng)滿意哪幾個基本要求？容性。問題，編制計算程序時，指令集所供應(yīng)的指令足夠運用。規(guī)整性主要包括對稱性和勻稱性。對稱性是指全部與指令集有關(guān)的存儲單元的運用、操作碼的設(shè)置等都是對稱的。勻稱性是指令的設(shè)置都要同等對待。高效率是指指令的執(zhí)行速度快、運用頻度高。2.7簡述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則。第24頁 30頁答（1）（2）每條指令的功能應(yīng)全部指令長度（4）只有Load和Store(5)2.10通常有哪幾種指令格式，請簡述其適用范圍。(1)（2）固定長度編碼格式。假如感愛好的是性能，而不是程序的目標(biāo)代碼大小，則可以選擇固定長度編碼格式。(3)須要兼顧降低目標(biāo)代碼長度和降低譯碼困難度時，可以采納混合型編碼格式。33.1說明下列術(shù)語而每一個子過程都可有效地在其專用功能段上與其它子過程同時第25頁 30頁執(zhí)行。的數(shù)量。間與按流水處理方式處理同一批任務(wù)所用的時間之比。數(shù)據(jù)相關(guān)：考慮兩條指令ijjiji指令jkki關(guān)。指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)生的沖突。在計算結(jié)果尚未出來之前，后面等待運用該結(jié)果的指令并不見得是立刻就要用該結(jié)果。假如能夠?qū)⒃撚嬎憬Y(jié)果從其產(chǎn)生的地方干脆送到其它指令須要它的地方，那么就可以避開停頓。鏈接技術(shù)：具有先寫后讀相關(guān)的兩條指令，在不出現(xiàn)功能部第26頁 30頁Vi理，以達(dá)到加快執(zhí)行的目的。長向量分成長度固定的段，然后循環(huán)分段處理，每一次循環(huán)只處理一個向量段。技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)相結(jié)合。緩沖技術(shù)是在工作速度不固定的兩個功能部件之間設(shè)置緩沖器，用以平滑它們的工作。預(yù)處理技術(shù)是指預(yù)取指令、對指令進(jìn)行加工以及預(yù)取操作數(shù)等。主存、指令分析部件、運算器三者之間的工作。這樣不僅