《计算机系统结构教程第三版课后习题答案》第一章作业手写答案

文章探讨了计算机系统结构中的性能优化问题,涉及CPI(每指令周期数)、MIPS(百万指令每秒)指标,以及通过改变不同指令类型的CPI来提升系统性能。讨论了加速比的计算和如何针对浮点运算中的FPSQR指令进行CPI优化以改善整体效率。

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1.7 计算机系统结构计算题27、用一台40M Hz 处理机执行标准测试程序,它含的混合指令数和相应的时钟周期数如下:指令类型指令数时钟周期数整数运算450001数据传送320002浮点150002控制传送80002计算:(1)有效 CPI (2) MIPS (3)程序的执行时间 T

1.9将计算机系统中某一功能的处理速度加快20倍,但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%,则采用该改进方法后,能使整个系统的性能提高多少?

1.10计算机系统有三个部件以改进,这三个部件的加速比如下:
部件加速比S1=30;部件加速比S2=20;部件加速比S3=10
(1)如果部件1和部件2的可改进比例都为30%,那么当部件3的可改进比例为多少时,系统的加速比才可以达到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,那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少?

1.11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。现有两种改进方案,第一种是把 FPSQR 操作的 CPI 减至3,第二种是把所有的 FP 操作的 CPI 减至3,试比较两种方案对系统性能的提高程度。

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1.1名词解释: 1.层次结构——计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构,每一层以不同的语 言为特征。 计算机系统结构(第三版)张晨曦 课后答案 2.翻译——(基于层次结构)先把N+1级程序全部变换成N级程序之后,再去执行N 级程序,在执行过程中,N+1级程序不再被访问。 3.解释——每当一条N+1级指令被译码后,就直接去执行一串等效的N级指令,然后 再去取下一条N+1级指令,依此重复执行。 4.体系结构——程序员所看到的计算机的属性,即概念性结构与功能特性。 5.透明性——在计算机技术中,对本来存在的事物或属性,从某一角度来看又好像不存 在的概念称为透明性。 6.系列机——在一个厂家生产的具有相同的体系结构,但具有不同的组成和实现的一系 列不同型号的机器。 7.软件兼容——同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上,而且它 们所获得的结果一样,差别只在于运行的时间不同。 8.兼容机——不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。9.计算机组成——计算机体系结构的逻辑实现。10.计算机实现——计算机组成的物理实现。 11.存储程序计算机(冯·诺依曼结构)——采用存储程序原理,将程序和数据存放在同 一存储器中。指令在存储器中按其执行顺序存储,由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。 12.并行性——在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工 作。 13.时间重叠——在并行性中引入时间因素,即多个处理过程在时间上相互错开,轮流重 叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。 14.资源重复——在并行性中引入时间因素,是根据“以数量取胜”的原则,通过重复设
第一章 计算机体系结构的基本概念 1.1 引论 1.2 计算机体系结构的概念 1.2.1 计算机系统中的层次概念 1.2.2 计算机体系结构 1.2.3 计算机组成和计算机实现技术 1.3 计算机体系结构的发展 1.3.1 存储程序计算机体系结构及其发展 1.3.2 计算机的分代和分型 1.3.3 应用需求的发展 1.3.4 计算机实现技术的发展 1.3. 5 体系结构的生命周期 1.4 计算机体系结构中并行性的发展 1.4.1并行性概念 1.4.2 提高并行性的技术途径 1.5 定量分析技术基础 1.5.1 计算机性能的评测 1.5.2 测试程序 1.5.3 性能设计和评测的基本原则 1.5.4 CPU的性能 1.6 影响计算机体系结构的成本和价格因素 1.6.1 集成电路的成本 1.6.2 计算机系统的成本和价格 1.7 小结习题一第二章 计算机指令集结构设计 2.1 指令集结构的分类 2.1.1 指令集结构的分类 2.1.2 通用寄存器型指令集结构分类 2.2 寻址技术 2.3 指令集结构的功能设计 2.3.1 CISC计算机指令集结构的功能设计 2.3.2 RISC计算机指令集结构的功能设计 2.3.3 控制指令 2.4 操作数的类型、表示和大小 2.5 指令集格式的设计 2.5.1 寻址方式的表示方法 2.5.2 指令集格式的选择 2.6 编译技术与计算机体系结构设计 2.6.1 现代编译器的结构和相关技术 2.6.2 现代编译技术对计算机体系结构设计的影响 2.6.3 计算机体系结构对当前编译技术的影响 2.7 DLX指令集结构 2.7.1 DLX指令集结构 2.7.2 DLX指令集结构效能分析 2.8 小结习题二第三章 流水线技术 3.1 流水线的基本概念 3.1.1 流水线的基本概念 3.1.2 流水线的分类 3.2 DLX的基本流水线 3.2.1 DLX的一种简单实现 3.2.2 基本的DLX流水线 3.2.3 流水线性能分析 3. 3 流水线中的相关 3.3.1 流水线的结构相关 3.3.2 流水线的数据相关 3.3.3 流水线的控制相关 3.4 流水线计算机实例分析(MIPS R4000) 3.4.1 MIPS R4000整型流水线 3.4.2 MIPS R4000浮点流水线 3.4.3 MIPS R4000流水线的性能分析 3.5 向量处理机 3.5.1 向量处理方式和向量处理机 3.5.2 向量处理机实例分析 3.6 小结习题三第四章 指令级并行 4.1 指令级并行的概念 4.1.1 循环展开调度的基本方法 4.1.2 相关性 4.2 指令的动态调度 4.2.1 动态调度的原理 4.2.2 动态调度算法之一:记分牌 4.2.3 动态调度算法之二:Tomasulo算法 4.3 控制相关的动态解决技术 4.3.1 减少分支延迟:分支预测缓冲技术 4.3.2 进一步减少分支延迟:分支目标缓冲 4.3.3 基于硬件的推断执行 4.4 多指令流出技术 4.4.1 超标量技术 4.4.2 多指令流出的动态调度 4.4.3 超长指令字技术 4.4.4 多流出处理器受到的限制 4.5 小结习题四第五章 存储层次 5.1 存储器的层次结构 5.1.1 从单级存储器到多级存储器 5.1.2 存储层次的性能参数 5.1.3 “Cache—主存”和“主存—辅存”层次 5.1.4 存储层次的四个问题 5.2 Cache基本知识 5.2.1 映象规则 5.2.2 查找方法 5.2.3 替换算法 5.2.4 写策略 5.2.5 Cache的结构 5.2.6 Cache性能分析 5.2.7 改进Cache性能 5.3 降低Cache失效率的方法 5.3.1 增加Cache块大小 5.3.2 提高相联度 5.3.3 Victim Cache 5.3.4 伪相联Cache 5.3.5 硬件预取技术 5.3.6 由编译器控制的预取 5.3.7 编译器优化 5.4 减少Cache失效开销 5.4.1 让读失效优先于写 5.4.2 子块放置技术 5.4.3 请求字处理技术 5.4.4 非阻塞Cache技术 5.4.5 采用两级Cache 5.5 减少命中时间 5.5.1 容量小,结构简单的Cache 5.5.2 虚拟Cache 5.5.3 写操作流水化 5.5.4 Cache优化技术小结 5.6 主存 5.6.1 存储器技术 5.6.2 提高主存性能的存储器组织结构 5.7 虚拟存储器 5.7.1 虚拟存储器基本原理 5.7.2 快表(TLB) 5.7.3 页面大小的选择 5.8 进程保护和虚存实例 5.8.1 进程保护 5.8.2 页式虚存举例:Alpha AXP的存储管理和21064的TLB 5.9 Alpha AXP 21064存储层次 5.10 小结习题五第六章 输入输出系统 6.1 概述 6.2 存储设备 6.2.1 磁盘设备 6.2.2 磁带设备 6.2.3 光盘设备 6.3 总线 6.3.1 总线分类 6.3.2 总线基本工作原理 6.3.3 总线使用 6.3.4 总线标准和实例 6.3.5 设备的连接 6.3.6 CPU与I/O处理的匹配 6.4 通道处理机 6.4.1 通道的作用和功能 6.4.2 通道的工作过程 6.4.3 通道种类 6.4.4 通道中的数据传送过程 6.4.5 通道的流量分析 6.5 I/O与操作系统 6.5.1 I/O和Cache数据一致性 6.5.2 DMA和虚拟存储器 6.6 I/O系统设计 6.7 小结习题六第七章 多处理机 7.1 引言 7.1.1 并行计算机体系结构的分类 7.1.2 通信模型和存储器的结构模型 7.1.3 通信机制的性能 7.1.4 不同通信机制的优点 7.1.5 并行处理面临的挑战 7.1.6 并行程序的计算/通信比率 7.2 多处理机的存储器体系结构 7.2.1 集中式共享存储器体系结构 7.2.2 分布式共享存储器体系结构 7.3 互连网络 7.3.1 互连网络的性能参数 7.3.2 静态连接网络 7.3.3 动态连接网络 7.4 同步与通信 7.4.1 同步机制 7.4.2 大规模机器的同步 7.5 并行化技术 7.5.1 并行化的基本策略 7.5.2 并行语育与编译器 7.6 多处理机实例 7.6.1 Challenge多处理机系统 7.6.2 Origin 20007.
### 数据库计算机系统结构教程的相关讨论 对于《数据库系统概论》第五版的内容,其课后习题答案已经由王珊提供[^1]。然而,《计算机系统结构教程》的课后习题答案并未在此提及。通常情况下,这类资源可能存在于教育机构内部网站或特定学术论坛上。 #### 关于《计算机系统结构教程课后答案的获取方式 为了找到《计算机系统结构教程》的课后习题答案 PDF 下载链接,可以尝试通过搜索引擎使用关键词组合查询。例如,“计算机系统结构教程 课后答案 pdf download site:edu.cn”。此方法利用了 `site:edu.cn` 的限定符来缩小范围至中国教育网域内的资源[^2]。 以下是实现这一目标的一些具体建议: - **访问高校官方网站**:许多大学会为其学生提供教材配套资料,这些资料往往托管在学校官网的教学资源栏目下。 - **加入学习社区**:一些专注于计算机科学的学习平台可能会分享此类文档,比如 GitHub 或者国内的技术博客圈。 ```bash # 使用命令行工具 curl 测试连接到某个 edu.cn 网站 curl -I http://example.edu.cn/computer-systems-tutorial.pdf ``` 上述代码片段展示了如何初步验证一个假设的目标地址是否存在并返回 HTTP 头部信息[^3]。 #### 提供一段伪代码用于自动化搜索过程 如果希望批量处理多个潜在 URL,则可编写脚本完成任务: ```python import requests def check_resource_availability(urls): available_resources = [] for url in urls: response = requests.head(url) if response.status_code == 200: available_resources.append(url) return available_resources urls_to_check = [ "http://example1.edu.cn/resource.pdf", "http://example2.edu.cn/answer.pdf" ] print(check_resource_availability(urls_to_check)) ``` 该 Python 脚本定义了一个函数用来检测给定列表中的哪些网址确实指向有效的 PDF 文件[^4]。
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