1、1.2 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。1.3 计算机系统结构的 Flynn 分类法是按什么来分类的？共分为哪几类？ 答：Flynn 分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。分为：（1） 单指令流单数据流 SISD（2） 单指令流多数据流
2、SIMD（3） 多指令流单数据流 MISD （4） 多指令流多数据流 MIMD1,5 实现软件可移植性的常用方法有哪几种？并简述其含义 1,采用系列机:由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。2,模拟与仿真:要使软件能在具有不同系统结构的机器之间相互移植，就要求：能在一种系统结构上实现另一种系统结构。从指令集的角度来看，就是要在一种机器上实现另一种机器的指令集。1.6 某台主频为 400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：指令类型 指令执行数量 平均时钟周期数整数 45000 1数据传送 75000 2浮点 8
3、000 4分支 1500 2求该计算机的有效 CPI、MIPS 和程序执行时间。解：（1）CPI (4500017500028000415002) / 1295001.776（2）MIPS 速率f/ CPI 400/1.776 225.225MIPS（3）程序执行时间= (4500017500028000415002) 400=575s1.9 假设某应用程序中有 4 类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据如下表所示：操作类型 程序中的数量（百万条指令） 改进前的执行时间 （周期） 改进后的执行时间 （周期）操作 1 10 2 1操作 2 30 20 15操作 3 35 10 3操
4、作 4 15 4 1（1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（3）4 类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？解：根据 Amdahl 定律 可得SeFSn)1(操作类型各类操作的指令条数在程序中所占的比例 Fi各类操作的加速比 Si各类操作单独改进后，程序获得的加速比操作 1 11.1% 2 1.06操作 2 33.3% 1.33 1.09操作 3 38.9% 3.33 1.37操作 4 16.7% 4 1.144 类操作均改进后，整个程序的加速比： 2.16)1(iinSFS1.8 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比
5、为：部件加速比 1=30； 部件加速比 2=20； 部件加速比 3=10（1） 如果部件 1 和部件 2 的可改进比例均为 30%，那么当部件 3 的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到 10？（2） 如果三个部件的可改进比例分别为 30%、30% 和 20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展：iinSFS)1(已知 S130，S 220，S 310 ，S n10，F 10.3，F 20.3 ，得： ）（）（ 10/0.3/.0.-13得 F30.36，即部件 3 的可改进比例为 36
6、%。（2）设系统改进前的执行时间为 T，则 3 个部件改进前的执行时间为：（0.3+0.3+0.2） T = 0.8T，不可改进部分的执行时间为 0.2T。已知 3 个部件改进后的加速比分别为 S130，S 220，S 310，因此 3 个部件改进后的执行时间为： TTTn04503 改进后整个系统的执行时间为：Tn = 0.045T+0.2T = 0.245T那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是： 82.045.T1.7 将计算机系统中某一功能的处理速度加快 10 倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的 40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解
7、 由题可知： 可改进比例 = 40% = 0.4 部件加速比 = 10根据 Amdahl 定律可知： 562.104.1系 统 加 速 比 假设浮点数指令 FP 指令的比例为 30%，其中浮点数平方根 FPSQR 占全部指令的比例为 4%，FP 操作的 CPI 为 5，FPSQR 操作的 CPI 为 20，其他指令的平均CPI 为 1.25。 利用原始 CPI 的唯一性，先使用已知条件求出原始 CPI，再求出除去 FPSQR指令外其他指令的平均 CPI，最后比较改进后的 CPI 大小。 原始 CPI = 5 30% + 1.25 (1 - 30%) = 2.375 设除 FPSQR 外其余指令的平均 CPI 为 X 则 2.375 = 20 4% + (1 - 4%)X ，解出 X = 1.640625 方案 1： CPI1 = 3 4% + 1.640625 (1 - 4%) = 1.695 方案 2： CPI2 = 3 30% + 1.25 (1 - 30%) = 1.775
