计算机系统结构中的8个伟大思想与其他领域,1.13 练习题_计算机组成与设计:硬件/软件接口(原书第5版)_红黑联盟读书频道...

这篇内容涉及计算机系统结构,包括高级语言如何转化为机器指令,处理器性能比较,图像缓存需求,以及处理器P1、P2、P3的性能分析。还涵盖了编译程序对执行时间的影响,功耗计算,多核处理器性能优化,以及晶圆成本和成品率的计算。同时,文章讨论了性能指标如CPI、MIPS和MFLOPS的误用,以及如何通过改进指令执行时间来提升程序性能。

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1.3\[2\]<1.3>讲述高级语言(例如C)编写的程序转化为能够直接在计算机处理器上执行的表示的步骤。

1.4\[2\]<1.4>一个彩色显示器中的每个像素由三种基色(红,绿,蓝)构成,每种基色用8位表示,分辨率为1280×1024像素。

a.为了保存一帧图像最少需要多大的缓存(以字节计算)?

b.在100Mbit/s的网络上传输一帧图像最少需要多长时间?

1.5\[4\]<1.6>有3种不同的处理器P1、P2和P3执行同样的指令集,P1的时钟频率为3GHz,CPI为1.5;P2的时钟频率为2.5GHz,CPI为1.0;P3的时钟频率为4GHz,CPI为2.2。

a.以每秒钟执行的指令数目为标准,哪个处理器性能最高?

b.如果每个处理器执行一个程序都花费10秒钟时间,求它们的时钟周期数和指令数。

c.我们试图把执行时间减少30%,但这会引起CPI增加20%。问:时钟频率应该是多少才能达到时间减少30%的目的?

1.6\[20\]<1.6>同一个指令集体系结构有两种不同的实现方式。根据CPI的不同将指令分成4类(A、B、C和D),P1的时钟频率为2.5GHz,CPI分别为1、2、3和3;P2时钟频率为3GHz,CPI分别为2、2、2和2。

给定一个程序,有1.0×106条动态指令,按如下比例分为4类:A,10%;B,20%;C,50%;D,20%。

a.每种实现方式总的CPI是多少?

b.计算两种情况下的时钟周期。

1.7\[15\]<1.6>编译程序对一个应用在给定的处理器上的性能有极深的影响。假定一个程序,如果采用编译程序A,则动态指令数为1.0×109,执行时间为1.1s;如果采用编译程序B,则动态指令数为1.2×109,执行时间为1.5s。

a.在给定处理器时钟周期为1ns时,找出每个程序的平均CPI。

b.假定编译程序是在两个不同的处理器上运行的。如果这两个处理器的执行时间相同,求运行编译程序A的处理器时钟相对于运行编译

计算机组成设计硬件/软件接口原书5)》是计算机组成设计的经典畅销教材,第5经过全面更新,关注后PC时代发生在计算机体系结构领域的革命性变革——从单核处理器到多核微处理器,从串行到并行。本书特别关注移动计算和云计算,通过平板电脑、云体系结构以及ARM(移动计算设备)和x86(云计算)体系结构来探索和揭示这场技术变革。   前几一样,本书采用MIPS处理器讲解计算机硬件技术、汇编语言、计算机算术、流水线、存储器层次结构以及I/O等基本功能。   《计算机组成设计硬件/软件接口原书5)》特点   更新例题、练习题和参考资料,重点关注移动计算和云计算这两个新领域。   涵盖从串行计算到并行计算的革命性变革,第6章专门介绍并行处理器,每章中都涉及并行硬件软件的相关主题。   全书采用Intel Core i7、ARM Cortex-A8和NVIDIA Fermi GPU作为实例。   增加“运行更快”这一新实例,说明正确理解硬件技术的重要性,它能使软件性能提高200倍。   讨论并强调计算机体系结构的“8个伟大思想”——通过并行提高性能、通过流水线提高性能、通过预测提高性能、面向摩尔定律的设计、存储器层次、使用抽象简化设计、加速大概率事件和通过冗余提高可靠性。
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