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

2022年計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案解析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)張晨曦版課后答案解析篇一：計(jì)算機(jī)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(jí)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(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語言機(jī)器級(jí)，匯編語言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語言機(jī)器級(jí)，應(yīng)用語言機(jī)器級(jí)等。虛擬機(jī)：用軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。器上等效的程序，然后再在這低一級(jí)機(jī)器上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)程序的功能。是轉(zhuǎn)去執(zhí)行低一級(jí)機(jī)器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級(jí)機(jī)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(gè)程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機(jī)器程序員所看到的計(jì)算機(jī)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(jì)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(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。提高的倍數(shù)。Amdahl獲得的整個(gè)系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占總執(zhí)行時(shí)間的百分比。機(jī)分布的，而是相對(duì)地簇聚。包括時(shí)間局部性和空間局部性。CPI：每條指令執(zhí)行的平均時(shí)鐘周期數(shù)。測(cè)試程序套件：由各種不同的真實(shí)應(yīng)用程序構(gòu)成的一組測(cè)試第2頁 30頁程序，用來測(cè)試計(jì)算機(jī)在各個(gè)方面的處理性能。動(dòng)。程序預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，機(jī)器一旦啟動(dòng)，就能根據(jù)程序指定的邏輯依次執(zhí)行這些程序，自動(dòng)完成由程序所描述的處理工作。組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)移植到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。差別只是執(zhí)行時(shí)間的不同。向上（下）運(yùn)行于比它高（低）檔的計(jì)算機(jī)。向后（前）制的程序，不加修改地就能運(yùn)行于在它之后（前）投入市場(chǎng)的計(jì)算機(jī)。模擬：用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）上第3頁 30頁實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱為虛擬機(jī)）的指令系統(tǒng)。仿真：用一臺(tái)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）實(shí)現(xiàn)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱為目標(biāo)機(jī)）的指令系統(tǒng)。種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時(shí)性與并發(fā)性兩種含義。時(shí)間重疊：在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。次輪番運(yùn)用同一套硬件設(shè)備。和交互作用實(shí)力的強(qiáng)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(jì)算機(jī)之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級(jí)上進(jìn)行。的處理機(jī)組成，它們根據(jù)作業(yè)要求的依次，利用時(shí)間重疊原理，依次對(duì)它們的多個(gè)任務(wù)進(jìn)行加工，各自完成規(guī)定的功能動(dòng)作。處理機(jī)組成，它們同時(shí)處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個(gè)任務(wù)?，F(xiàn)之間的相互關(guān)系。范圍等屬于計(jì)算機(jī)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(jì)等屬于計(jì)算機(jī)組成。選擇存儲(chǔ)芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。算機(jī)組成的物理實(shí)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(shí)現(xiàn)。Flynn分為哪幾類？Flynn把計(jì)算機(jī)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(diǎn)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)常常發(fā)生的狀況，給予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源運(yùn)用權(quán)，以得到更（2）AmdahlCPUCPUIC×CPI第6頁 30頁（4）的分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)地簇聚。系統(tǒng)中并行性等級(jí)從低到高可分為哪幾級(jí)？答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，并行性等級(jí)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(shí)對(duì)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：?jiǎn)螚l指令中各微操作之間的并行；指令級(jí)并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；線程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是第7頁 30頁以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)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(shí)鐘周期數(shù)如下：指令類型指令執(zhí)行數(shù)量平均時(shí)鐘周期數(shù)整數(shù)450001數(shù)據(jù)傳送7500028000415002求該計(jì)算機(jī)的有效CPI、MIPS和程序執(zhí)行時(shí)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(shí)間僅為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采納此增加功能方法后，能使整個(gè)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(gè)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(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不行加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？（1）在多個(gè)部件可改進(jìn)狀況下，Amdahl定理的擴(kuò)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(shí)間0.2T。3S1＝30，S2＝20，S3＝103改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間為：Tn0.045T+0.2T那么系統(tǒng)中不行改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)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(shí)間（周期）改進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)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(dú)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(dú)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(jī)器：CPU中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是堆棧的機(jī)器。累加器型機(jī)器：CPUCPU的機(jī)器。CISC：困難指令集計(jì)算機(jī)RISC：精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)般來說，尋址方式可以指明指令中的操作數(shù)是一個(gè)常數(shù)、一個(gè)寄存器操作數(shù)或者是一個(gè)存儲(chǔ)器操作數(shù)。些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3CPU數(shù)的存儲(chǔ)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(diǎn)缺點(diǎn)篇二：計(jì)算機(jī)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(gè)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(shí)(1)與第k+1輪時(shí)(3)反相關(guān)：第k次循環(huán)時(shí)(1)和(2)與第k-1輪時(shí)(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(shí)際吞吐率和效率消退此“瓶頸”。對(duì)于你所給出10率各是多少？（1m表示流水線級(jí)數(shù)，n表示任務(wù)數(shù)）（2）瓶頸在3、4段。方法一：變成八級(jí)流水線（細(xì)分）11.7e8方法二：變成兩級(jí)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(shí)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(jì)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(shí)空?qǐng)D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(jì)算①請(qǐng)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(shí)空?qǐng)D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(hào)中給出相應(yīng)功能部件時(shí)間164，則須要多少拍能得到全部結(jié)果。V0←存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)器取數(shù)：7拍)V2←V0+V13)V3←V2<A3A3拍)V5←V3∧V42解答：時(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)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(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。提高的.倍數(shù)。Amdahl獲得的整個(gè)系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占總執(zhí)行時(shí)間的百分比。種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)等屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。算機(jī)組成的物理實(shí)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(shí)現(xiàn)。1.44（1）的設(shè)計(jì)中，對(duì)常常發(fā)生的狀況，給予它優(yōu)先的處理權(quán)和資源運(yùn)用（2）AmdahlCPUIC×CPI（4）所訪問地址的分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)地簇聚。400MHz指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時(shí)鐘周期數(shù)如下：求該計(jì)算機(jī)的有效CPIMIPS和程序執(zhí)行時(shí)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(shí)間僅為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采納此增加功能方法后，能使整個(gè)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(gè)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(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不行加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？（1）在多個(gè)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(shí)間0.2T。3S1＝30，S2＝20，S3＝103'Tn0.3T0.3T0.2T0.045T302022改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)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(shí)間在總執(zhí)行時(shí)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(dú)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(gè)程序的加速比：1Sn2.16Fi(1Fi)Si2說明下列術(shù)語堆棧型機(jī)器：CPU中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是堆棧的機(jī)器。累加器型機(jī)器：CPUCPU第23頁 30頁的機(jī)器。3CPU數(shù)的存儲(chǔ)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(gè)基本要求？容性。問題，編制計(jì)算程序時(shí)，指令集所供應(yīng)的指令足夠運(yùn)用。規(guī)整性主要包括對(duì)稱性和勻稱性。對(duì)稱性是指全部與指令集有關(guān)的存儲(chǔ)單元的運(yùn)用、操作碼的設(shè)置等都是對(duì)稱的。勻稱性是指令的設(shè)置都要同等對(duì)待。高效率是指指令的執(zhí)行速度快、運(yùn)用頻度高。2.7簡(jiǎn)述RISC指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。第24頁 30頁答（1）（2）每條指令的功能應(yīng)全部指令長(zhǎng)度（4）只有Load和Store(5)2.10通常有哪幾種指令格式，請(qǐng)簡(jiǎn)述其適用范圍。(1)（2）固定長(zhǎng)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(zhǎng)度編碼格式。(3)須要兼顧降低目標(biāo)代碼長(zhǎng)度和降低譯碼困難度時(shí)，可以采納混合型編碼格式。33.1說明下列術(shù)語而每一個(gè)子過程都可有效地在其專用功能段上與其它子過程同時(shí)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(shí)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(jì)算結(jié)果尚未出來之前，后面等待運(yùn)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?jì)算結(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(zhǎng)向量分成長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(duì)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(yùn)算器三者之間的工作。這樣不僅