计算机组织结构 期中答案

“计算机组织结构”作业01参考答案

1.在逛商店时，你听到一位顾客问店主，他在商店里能买到的最快的计算机是什么。店主

回答说“你正在看的是Macintosh，最快的Mac机以1.2GHz时钟速率运行，如果你想要最快的机器，你应该购买我们的2.4GHz的Intel Pentium 4计算机。”店主的说法对吗？为什么？

错误。

相同的功能在不同指令集中需要的指令数量不同，同一条指令在不同计算机上需要的时钟周期数是不同。而且，即便在指令相同的情况下，如果采用并行、流水线等技术，也可以加速程序的执行。

因此，不能依靠时钟频率的大小来衡量计算机的性能，更科学的衡量标准是每秒所执行的浮点运算有多少百万次、示例程序等。

2.阐述冯·诺依曼原型机的基本思想和结构。

冯•诺依曼原型机采用了“存储程序”的基本思想，即将程序和数据一样以二进制形式存储在计算机中，并由计算机自动取出后逐条执行。

冯•诺依曼原型机主要包含4个组成部分：

1)中央算术逻辑：用于进行各类计算；

2)程序控制逻辑：用于控制各类操作；

3)主存：用于存储程序和数据；

4)I/O模块：用于与外部设备交互，与外界环境进行数据交换。

3.阐述摩尔定律的内容及影响。

摩尔定律的内容是单个芯片上的晶体管数量每年翻一番，从1970年开始改为每18个月翻一番。

摩尔定律的影响包括：

(1) 由于在芯片集成度快速增长的同时，单个芯片的成本几乎没有变化，这意味着计算

机逻辑电路和存储器电路的成本显著下降。

(2) 由于在集成度更高的芯片中逻辑和存储器单元的位置更靠近，电子线路长度更短，

所以提高了工作速度。

(3) 计算机变得更小，更容易应用于各种环境。

(4) 减小了电能消耗和对冷却的要求。

(5) 集成度的提高减少了芯片的焊接，使得集成电路内部的连接更加可靠。

4.IBM 360Model 75的指令周期的时间是360Model 30的5倍，而相对性能却提高为原来

的50倍。为什么会出现这种现象？

计算机系统性能衡量的常用标准是每秒所执行的浮点运算有多少百万次。虽然IBM 360Model75的指令周期与360Model 30相比加长了，但它有可能采用了不同的指令集使得完成相同功能的指令数减少，或是采用了流水线、并行等技术，使得计算机系统的性能得到了提高。

5.处理器性能的一个普通度量是指令执行的速率，表示为每秒百万条指令（MIPS）。请用

时钟速率和CPI来表示MIPS速率。

时钟速率即时钟频率f，f为每秒包含的CPU时钟周期数，除以CPI即为每秒执行的指令数。故MIPS=f/CPI/106[沈鸿斌，121250117]

6.一个测试程序在一个40MHz的处理器上运行，其目标代码有100000条指令，由如下各

类指令及其时钟周期计数混合组成：

请确定这个程序的有效CPI、MIPS速率和执行时间。

有效CPI = [45000*1+(32000+15000+8000)*2] / 100000 = 1.55

MIPS = 40M/1.55/106 = 25.8 [邹旋，121250235]

执行时间= 1/40M * 1.55 * 100000 = 3.875ms

7.为了得到各计算机可靠的性能比较，最好是在每个计算机上运行几个不同的测试程序，

然后取MIPS的平均结果。取平均结果时，可以采用算术平均值，也可以采用调和平均值，请说明这两种度量方法各自的合理性。

假设在三台计算机上执行了4个测试程序，结果如下：

均值，并对计算机的性能排序。

下表是测试程序所取得的MIPS数据：

MIPS的算数平均值和调和平均值：

算数平均值：直接计算每秒钟平均执行多少次百万条指令。

计算机性能排序为：A > C > B

调和平均值：先计算出每百万条指令平均需要多少时间，再取其倒数。

计算机性能排序为：C > A > B

8.简要说明多重中断的两种处理方式及各自的优缺点。

顺序中断处理：在中断处理过程中禁止其它中断。如果此时发生中断，则会保持在未决状态。处理器允许中断后会检测到这种未决状态，不用等到用户程序恢复即可再次允许中断。优点：简单有效。

缺点：没有考虑到中断相对的优先级和时间的紧迫性。

嵌套中断处理：定义中断的优先级，且允许优先级高的中断打断低级的中断处理。

优点：有助于更快地处理高优先级的中断。

缺点：实现复杂。

其他贡献者：[王元天,121250161]