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1、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），
2、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。)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
3、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
4、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，P5Sn20 1 01 Fe1.12 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=10/190.5261.14 上式中令Sn=10，解出Fe=18/190.9471.15 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=40/12.73.1496（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=27.3/380.7184（
5、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%（2040），而软件组只需将Fe再提高1.84%（0.70.7184）。1.17 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 = 0.95ICTc新时间 = （0.32/3+0.7） IC Tc = 0.9ICTc二者比较，新时间较短。第二章(P124)2.
6、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0255，作移-127码看待真值为-127+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1.02.0 2-23，有效位数p=24； 第
7、2小问中，阶码全部位数为11，作无符号数看待真值为02047，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1.02.0 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2-1272-1023表数精度2-242-53表数效率100%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
8、/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2-1282-1024表数精度2-242-53表数效率100%100%2.5(1) rm = 2，re = 2，p = 24（隐藏最高位）,q = 7。(2) Nmax = 1.71038，-|N|min = -1.4710-39 5.9610-8 10-7.22， = 100%2.61位7位6位00111111333333(1) 0.2 = 0.333333H160 设阶码为移-63码（即-26+1，原题未指明）0.2 = 0.110011001100110011001101B2-2 1
9、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；(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
10、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
11、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 T256K c64K c128K c256K(4)19.092，11.97，10.0064。答：256K方案最优。3.5 已知，其中g=0.1依题意有整理得0.9n0.2，解出，向下取整，得15；按另一种题意理解是向上取整，得16，也对。3.15 欲知可能的最高命中率及所需的最少主存页数，较好的办法是通过“堆栈模拟法”，求得命中次数随主存页数变化的函数关系。下图就是“堆栈模拟图”，其中“”表示命中。P=4532513235
12、13命中次数4532513235134532513235145325112354432551224444444n=10n=21n=33n=47n=57(1)Hmax=7/1258.3%(2)n=4(3)当1次页面访问代表连续1024次该页内存储单元访问时，后1023次单元访问肯定是命中的，而第1次单元访问的命中情况与这1次页面访问的命中情况相同。根据上图中最高命中情况，共有7次页命中（折算为71024次单元命中），5次页不命中（折算为51023次单元命中，也可写为51024-5），单元访问总次数为121024，故有：Hcell=(121024-5)/(121024)=12283/1228899.96%3.15加1题 一个二级存储层次，采用全相联映象和最久没有使用算法，实存共5页，为2道程序分享，页地址流分别如下P1 = 1 2 3 4 1 3 2 1P2 = 1 2 3 4 2 2 3 3试作2个实存分配方案，分别使2道程序满足(1)命中率相同；(2)命中次数之和最大。P1 =12341321命中次数N(1)12341321123413212341312244n1= 10n1= 20n1= 3
