计算机系统结构_课后答案

习题一

1、解释下列术语

计算机系统的外特性：通常所讲的计算机系统结构的外特性是指机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，即由他们所看到的计算机的基本属性（概念性结构和功能特性）。

计算机系统的内特性：计算机系统的设计人员所看到的基本属性，本质上是为了将有关软件人员的基本属性加以逻辑实现的基本属性。

模拟：模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。

可移植性：在新型号机出台后，原来开发的软件仍能继续在升级换代的新型号机器上使用，这就要求软件具有可兼容性，即可移植性。可兼容性是指一个软件可不经修改或只需少量修改，便可由一台机器移植到另一台机器上运行，即同一软件可应用于不同环境。

Amdahl 定律：系统中对于某一部件采用某种更快的执行方式所能获得的系统性能改进程度，取决于这种执行方式被使用的频度或占总执行时间的比例。 虚拟机（Virtual Machine ）：指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 6、

7、假定求浮点数平方根的操作在某台机器上的一个基准测试程序中占总执行时间的20%，为了增强该操作的性能，可采用两种不同的方法：一种是增加专门的硬件，可使求浮点数平方根操作的速度提高为原来的20倍；另一种方法是提高所有浮点运算指令的速度，使其为原来的2倍，而浮点运算指令的执行时间在总执行时间中占30%。试比较这两种方法哪一种更好些。 答：增加硬件的方法的加速比23.120

/2.0)2.01(1

1=+-=

p S ,

另一种方法的加速比176.12

/3.0)3.01(1

2=+-=p S ，经计算可知Sp1>Sp2第一种方

法更好些。

9、假设高速缓存Cache 的工作速度为主存的5倍，且Cache 被访问命中的概率

为90%，则采用Cache 能使整个存储系统获得多高的加速比？ 答：加速比%

10)(%90'⨯++⨯==

tc tm tc tm T T S ，其中tm=5tc ，代入公式， 得到加速比S=3.33。

11、Flynn 分类法的依据是什么，它与按“并行级”和“流水级”的分类方法有什么不同？

答：Flynn 分类法的依据是指令流和数据流多倍性概念进行分类的。而“并行级”和“流水级”的分类方法是根据子系统的并行程度及流水线处理程度进行分类的方法。

13、计算机系统按功能划分，通常分为那几个层次，这种划分方法有什么意义？

答：计算机系统按功能可划分成多层次结构，在传统机器级上是操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级，在下面的是微程序机器级以及扩展级电子线路。这种划分方法的意义是：有助于理解各级语言的实质及实现，分层后，处在某一级虚拟机的程序员只需知道这一级的语言及虚拟机，至于这一级语言如何层次地经翻译或解释直到下面的实际机器级，则无需知道。

习题二

1、解释下列术语 CPI MIPS MFLOPS 基准测试程序 性能算术平均值 性能几何平均值

2、衡量计算机性能的主要标准是什么？为什么它是最可靠的衡量标准？

答：衡量计算机系统性能可采用各种尺度，最常用的是时间和速率，但最为可靠的衡量尺度是时间。例如响应时间、CPU 时间等。由于系统CPU 时间很难精确统计，误差较大，故采用用户CPU 时间作为衡量时间比较妥当。但在衡量无负载系统时，采用响应时间比较合适。用时间来作为计算机的衡量标准直观、准确，适用于各种情况的衡量，所以时间是最可靠的衡量标准。

4、计算机持续性能的表示常用哪3种平均值表示？列出他们的公式，并比较它

们的优缺点。

答：持续性能（Sustained Performance ）的表示常用算术平均（Arithmetic Mean ）、几何平均（Geometric Mean ）和调和平均（Harmonic Mean ）3种平均值方法，其计算公式如下：

（1）算术性能平均值A m

⎪⎭

⎫

⎝⎛+++===∑∑==n n i i n i i m T T T n T n R n A 1 (1111112111)

（2）几何性能平均值G m

n n i i n n i i m T R G ⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∏∏==111

（3）调和性能平均值H m

n n

i i

n

i i

m T T T n T

n

R n H +++===

=

=

∑∑ (211)

11

以上3个公式中R i 表示由n 个程序组成的工作负荷中执行第i 个程序的速率，T i 表示执行第i 个程序所需的时间，这里R i =1/T i 。

三种方法中Am 计算最简单，但不能精确地衡量性能。Gm 运算量大，但它有一个良好的性能，即它的几何平均比和比的几何平均是相等的。在进行比较时是很方便的。Hm 值是真正与运行所有典型测试程序所需时间总和成反比的，从时间是衡量性能唯一标准来看，用Hm 值来衡量计算机系统性能是比较精确的。

习题三

1、解释下列术语

带标志符的数据：带标志符数据表示（Tagged Data Representation ）要求对每一个数据都附加标志符，由标志符来表示后边数据所具有的类型。

数据描述符：数据描述符（Data Descriptors ）主要是用来描述复杂和多维数据类型的，例如：向量、矩阵、记录等。

3、将下列数转换成IEEE单精度浮点格式，以8位十六进制数表示。

（a）9

IEEE单精度浮点格式为0x41100000

（b）5/32

IEEE单精度浮点格式为0x3E200000

（c）-5/32

IEEE单精度浮点格式为0xBE200000

（d）6.125

IEEE单精度浮点格式为0x40C40000

4、

9、将下列的IEEE754单精度数由二进制数转换成十进制数。

(1)1 1000 0011 1100 0000 0000 0000 0000 000

十进制数为： -7；

(2)0 0111 1110 1010 0000 0000 0000 0000 000

十进制数为：0.8125

(3)0 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000

十进制数为：1

10、

11、IEEE745浮点数标准中，为什么要设置非规格化数？

答：对于绝对值较小的数，为了避免下溢而损失精度，IEEE754标准允许采用比最小规格化数还要小的那些数，称为非规格化数（Denormal Number）来表示，这是因为使用非规格化数后，就可以表示那些处于0和最小可表示的规格化数之间的数。

习题四

1、解释下列术语

RISC

CISC

装载延迟