计算机体系结构复习试题一

一、解释下列基本概念

1. Amdahl定律 5. 流水线

2. CPI 6.数据通路

3. CPU时间7. 命中率

4. GPR型计算机

二、应用计算题

1. 某种硬件增强技术，可使执行速度提高10倍，在采用增强技术的计算机上测出其使用率是50%。根据Amdahl定律计算：

①采用增强技术后计算机性能加速比是多少？

②未采用增强技术运行的部件在不采用增强技术的机器上运行时的时间比例。

2.某应用程序，简单的基本指令占80%，而复杂指令占20%。在传统CISC计算机上运行，

简单指令的CPI=4，复杂指令CPI=8，而在RISC计算机上运行只有简单指令，其CPI=1，复杂指令用简单指令合成实现。假设平均每条复杂指令需14条基本指令组合，请比较两个计算机系统运行该应用程序的性能。

3.一个p个处理器上的并行程序的加速比是p-1,根据Amdahl定律，串行分量为多少？

4.在Amdahl定律的假设条件下，对于一个固定问题，随着使用的处理器数目p的增加，

是否可以达到常数效率？为什么？

5.若对于一个固定问题，随着使用的处理器数目p增加，效率为常数，根据Amdahl定律

串行分量s（可以表示成p的函数）为多少？

6.对于一个具有良好可扩放性的并行算法，任务的规模（或是任务的个数）会不会随着问

题的规模的增加而增加？为什么？

7.对于一个在给定并行体系结构上解决给定问题的并行算法，若下面的条件变化时，并行

效率是增加还是减少？若其他的独立参数是固定的。

处理器数目增加

问题规模增加

通讯带宽增加

通讯延迟增加

处理器的计算速度增加

通讯步之间的计算量增加

通讯端口增加，每个处理器可以同时通讯

8.下面是一个任务图(程序图)，请给出调度给二个处理器的调度方案。

P 4P

6

P

7

三论述题：请简述你对计算机体系结构的当前研究现状以及发展趋势的分析

一、解释下列基本概念

1. Amdahl定律:某部件应用越频繁,当提高该部件性能时,整机性能也提高的越多;整机的性能加速不可能大于在原机器中除该部件外所有其它部件运行时间的百分比的倒数1/(1-F)。

2. 每条指令的平均时钟周期数,简称为CPI,即CPI=CPU花费的时钟数/CPU执行的指令数。

3. CPU时间包含用户CPU时间和系统CPU时间。

4. GPR型计算机是采用通用寄存器结构Load/Store型计算机。

5. 流水线(pipeline)是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术(流水线的并行处理是指完成一条指令的各个部件在时间上可以重叠工作)。

6.由算术逻辑运算部件(ALU)和一些寄存器(R)构成，为处理器工作时数据实际流过的路径，故称为数据通路。

7.命中率H：CPU产生的有效地址可以直接在高层存储器中访问到的概率。

二.应用计算题

1. 解：F=0.5 S=10

①采用增强技术后计算机性能加速比

Speedup=1/(1-F+F/S)=1/(1-0.5+0.5/10)=1.82倍

②未采用增强技术运行的部件在不采用增强技术的机器上运行时的时间比例

性能变化=TOLD/TNEW = TOLD/( TOLD (1-50%)+50% TOLD /10) = 1/(1-50%+50%/10)=1.82倍

2. 解：设CISC计算机的时钟周期为TCISC，RISC计算机的时钟周期为TRISC。

则：CISC计算机的平均CPI=0.8×4+0.2×8=4.8 RISC计算机的指令数增加为IRISC=0.8IRISC+0.2ICISC×14=3.6ICISC

因CPUtime=I×CPI×T 故CPUtime-CISC=ICISC×4.8×TCISC

CPUtime-RISC=3.6ICISC×1×TRISC

计算机的性能比= 4.8 ICISC×TCISC / 3.6ICISC×TRISC ≈1.33 TCISC / TRISC

若TCISC =TRISC ,则RISC计算机比CISC计算机性能提高33%。

三论述题：请简述你对计算机体系结构的当前研究现状以及发展趋势的分析

略。