计算机系统结构习题解答(清华2版).doc 19页

'《计算机系统结构》习题解答(清华2版)华中科技大学计算机学院林安目录第一章(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。)19 第一章(P33)1.7(1)从指定角度来看，不必要了解的知识称为透明性概念。(2)见下表，“√”为透明性概念，“P”表示相关课文页数。模m交叉，√，P5浮点数据，×，P4通道与I/O处理机，×，P4总线宽度，√，P5阵列运算部件，×，P455结合型与独立型通道，√？，李单总线，√，P4访问保护，×，P4中断，×，P4指令控制方式，√，P5堆栈指令，×，P4最小编址单位，×，P4Cache存储器，√，P1311.8见下表，“√”为透明性概念，“P”表示相关课文页数。指令地址寄存器，×，P5指令缓冲器，√，P5时标发生器，√，P5条件码寄存器，×，P4乘法器，√，李主存地址寄存器，√，P5磁盘，×，P4先行进位链，√，P5移位器，√，李通用寄存器，×，P4中断字寄存器，×，P41.9见下表，“√”表示都透明，“应”表示仅对应用程序员透明，“×”表示都不透明。数据通路宽度，√，P5虚拟存储器，应，P131Cache存储器，√，P131程序状态字，×，P4“启动I/O”指令，应，P236“执行”指令，×，P246指令缓冲寄存器，√，P5Sn20101Fe1.12已知Se=20,求作Fe-Sn关系曲线。将Se代入Amdahl定律得1.13上式中令Sn=2，解出Fe=10/19≈0.5261.14上式中令Sn=10，解出Fe=18/19≈0.9471.15已知两种方法可使性能得到相同的提高，问哪一种方法更好。(1)用硬件组方法，已知Se=40，Fe=0.7，解出Sn=40/12.7≈3.1496（两种方法得到的相同性能）(2)用软件组方法，已知Se=20，Sn=40/12.7，解出Fe=27.3/38≈0.7184（第二种方法的百分比）(3)结论：软件组方法更好。因为硬件组需要将Se再提高100%（20→40），而软件组只需将Fe再提高1.84%（0.7→0.7184）。1.1719 1.18记f──时钟频率，T=1/f──时钟周期，B──带宽（Byte/s）。方案一：方案二：1.19由各种指令条数可以得到总条数，以及各百分比，然后代公式计算。(1)(2)(3)1.21(1)(2)1.24记Tc──新方案时钟周期，已知CPI=CPIi=1原时间=CPI×IC×0.95Tc=0.95IC×Tc新时间=（0.3×2/3+0.7）×IC×Tc=0.9IC×Tc二者比较，新时间较短。第二章(P124)2.3（忽略P124倒1行～P125第8行文字，以简化题意）已知2种浮点数，求性能指标。此题关键是分析阶码、尾数各自的最大值、最小值。原图为数据在内存中的格式，阶码的小数点在其右端，尾数的小数点在其左端，遵守规格化要求。由于尾数均为原码，原码的绝对值与符号位无关，所以最大正数与最小负数的绝对值相同，可用“±最大绝对值”回答；最小正数与最大负数的绝对值相同，可用“±最小绝对值”回答。第1小问中，阶码全部位数为8，作无符号数看待真值为0～255，作移-127码看待真值为-127～19 +128；尾数（不计符号位）有23位小数，另加1位整数隐藏位，所以尾数绝对值为1.0～2.0–2-23，有效位数p=24；第2小问中，阶码全部位数为11，作无符号数看待真值为0～2047，作移-1023码看待真值为-1023～+1024；尾数（不计符号位）有52位小数，另加1位整数隐藏位，所以尾数绝对值为1.0～2.0–2-52，有效位数p=53。最大绝对值为最大阶码与最大尾数绝对值的组合，最小绝对值为最小阶码与最小尾数绝对值的组合。代入相关公式后得最终结果如下表。32位64位±最大绝对值±(1-2-24)·2129±(1-2-53)·21025±最小绝对值±2-127±2-1023表数精度δ2-242-53表数效率η100%100%注：如果修改题目，将1、2小问的尾数规定为纯小数（即1位隐藏位是小数点后第1位），则尾数真值降为原值的1/2，全部结果改为下表。32位64位±最大绝对值±(1-2-24)·2128±(1-2-53)·21024±最小绝对值±2-128±2-1024表数精度δ2-242-53表数效率η100%100%2.5(1)rm=2，re=2，p=24（隐藏最高位）,q=7。(2)Nmax=1.7×1038，-|N|min=-1.47×10-39δ≤5.96×10-8≈10-7.22，η=100%2.61位7位6位00111111333333(1)0.2=0.333333H×160设阶码为移-63码（即-26+1，原题未指明）0.2=0.110011001100110011001101B×2-21位8位23位00111110110011001100110011001101（其中最高有效位需隐藏）阶码为移-127码（即-27+1）(2)符号位不变，（阶码–63）×4+127；尾数左规，除去最高位；(3)符号位不变，（阶码–127）/4+63；尾数补最高位，按除法余数右移若干位，左补0。2.13已知10条指令使用频度，求3种编码方法的平均码长与信息冗余量。(1)此问中的“最优Huffman编码法”实际是指码长下限，即信源的平均信息量──熵，代公式得H=2.9566。(2)Huffman编码性能如下表；19 (3)2/8扩展编码是8/64/512法的变种，第一组2条指令，码长为2（1位扩展标志，1位编码）,第二组8条指令，码长为4（1位扩展标志，与第一组区别，加3位编码），编码性能如下表；(4)3/7扩展编码是15/15/15法的变种，第一组3条指令，码长为2（共有4种组合，其中3种组合分别代表3条指令，留1种组合作为扩展前缀标志）,第二组7条指令，码长为5（2位固定的前缀扩展标志，与第一组区别，加3位编码，只用其中7种组合），编码性能如下表。Huffman编码2/8扩展编码3/7扩展编码平均码长L2.993.13.2信息冗余量R1.10%4.61%7.59%2.15(1)15条/63条/64条(2)14条/126条/128条第三章(P202)3.3直接代公式计算存储层次性能指标。(1)74ns，38ns，23.6ns(2)0.258，0.315，0.424（单位：美元/K字节，换算成美元/字节还要除以1024）(3)T64K>T128K>T256Kc64K