《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》習題

1、第一章作業(yè)11試述Flynn 分類的4 種計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有何特點。SISD其實就是傳統(tǒng)的順序執(zhí)行的單處理器計算機，其指令部件每次只對一條指令進行譯碼，并只對一個操作部件分配數(shù)據(jù)。 SIMD以并行處理機為代表，結(jié)構(gòu)如圖，并行處理機包括多個重復的處理單元PU1PUn，由單一指令部件控制，按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同的數(shù)據(jù)。 MISD的結(jié)構(gòu)，它具有n個處理單元，按n條不同指令的要求對同一數(shù)據(jù)流及其中間結(jié)果進行不同的處理。一個處理單元的輸出又作為另一個處理單元的輸入。 MIMD的結(jié)構(gòu)，它是指能實現(xiàn)作業(yè)、任務、指令等各級全面并行的多機系統(tǒng)，多處理機就屬于MIMD。作業(yè)22假設高速緩存Ca

2、che 工作速度為主存的5 倍，且Cache 被訪問命中的概率為90%，則采用Cache 后，能使整個存儲系統(tǒng)獲得多高的加速比？ 加速比 = 1/(1-0.9 +0.9/5) = 25/7作業(yè)33某工作站采用時鐘頻率為15 MHz、處理速率為10 MIPS 的處理機來執(zhí)行一個已知混合程序。假定每次存儲器存取為1 周期延遲，試問：（1）此計算機的有效CPI 是多少？CPI = 一個程序的CPU 時鐘周期數(shù)/ IC = 時鐘頻率/MIPS =15/10 = 1.5 CPI時間是1.5*（1/15）us = 0.1us作業(yè)4（2）假定將處理機的時鐘提高到30 MHz，但存儲器子系統(tǒng)速率不變。這樣，每

3、次存儲器存取需要兩個時鐘周期。如果30%指令每條只需要一次存儲存取，而另外5%每條需要兩次存儲存取，并假定已知混合程序的指令數(shù)不變，并與原工作站兼容，試求改進后的處理機性能。由第一問可得原始CPI 為1.5 ，改進后一次訪存操作需要2 個時鐘周期，比改進前每次訪存多了1 個時鐘周期；由于有30% 的指令由于需要1 次訪存，所以它們的時鐘周期數(shù)需要加1 ； 有5% 的指令由于需要2 次訪存，所以它們的時鐘周期數(shù)需要加2.可得 CPI new = CPI original + 30%*1 + 5%*2 = 1.5 + 0.3 + 0.1 = 1.9作業(yè)54處理機的時鐘30 MHz（1）計算在單處理

4、機上用上述跟蹤數(shù)據(jù)運行程序的平均CPI。平均CPI = 1*60% + 2*18% + 4*12 + 8*10% = 2.24（2）根據(jù)（1）所得CPI，計算相應的MIPS 速率。第三章作業(yè)61利用一條4 段浮點加法器流水線計算8 個浮點數(shù)之和：Z=A+B+C+D+E+F+G+H畫出流水線時空圖，計算該流水線的吞吐量、加速比和效率。解：1: A+B; 2:D+D; 3:E+F; 4:G+H; 5:1+2; 6:3+4; 7:5+6第三章作業(yè)72各流水級存放控制信號的流水線寄存器有何異同?ID級存控制信號的寄存器存放的是含EXE、MEM、WB級所需的控制信號；EXE級存控制信號的寄存器存放的是含

5、MEM、WB級所需的控制信號；MEM級存控制信號的寄存器存放的是含WB級所需的控制信號。 相同之處：都存有WB級控制信號。 不同之處：前面級的流水線控制信號寄存器包含后面級的控制信號，而后面級的則無前級信號。第三章作業(yè)83設流水線模型機采用load前推和數(shù)據(jù)前推，按時鐘周期畫出以下指令序列的時序圖。 load r2, 12(r3) addi r4, r2, 10 and r1, r2, r4 store r1, 10(r5)第三章作業(yè)9第三章作業(yè)104給出第三章PPT中圖1.39的BDEPEN控制信號的真值表輸入輸出ID_rs2IsRegEXE_WREGID_rs2=EXE_rdMEM_WRE

6、GID-rs2= =EXE_rdBDEPEN1BDEPEN0輸入選擇0XXXX01立即數(shù)10X0X00B1100X00B1110X10MEM_R10X1000B10X1111WB_C1101000B1111010MEM_R1101111WB_C1111110MEM_R半期試題11設流水線模型機結(jié)構(gòu)如下圖所示，采用load前推和數(shù)據(jù)前推（包括store指令）假設模型機使用subicc指令，它將根據(jù)減法結(jié)果設置標志寄存器Z的內(nèi)容為0或為1；其它的ALU計算指令不影響Z。指令bne的控制相關處理采用插入nop指令的策略。半期試題12設有以下指令序列：Loop：load r1, 100(r3) addi r2, r1, 10 store r2, 100(r3) subicc r5, r5, 1 bne r5,loop ；如果r5的內(nèi)容不為0，則轉(zhuǎn)Loop1.按時鐘周期畫出以上指令序列第1次循環(huán)執(zhí)行及轉(zhuǎn)移到“l(fā)oad r1, 100(r3)”指令，在模型機中執(zhí)行的時序圖，標出內(nèi)部前推示意。（3分）2.如果以上指令序列在流水線CPU執(zhí)行，當?shù)?條指令“addi r2, r1, 10”進入EXE級時，試給出ADEPEN、BDEPEN信號的值、WB級