清華大學計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后習題答案(已修改)
2025-07-04 16:47 本頁面
【正文】 《計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》習題解答目錄第一章(P33)（透明性概念），（Amdahl定律），、（CPI/MIPS）第二章(P124)、（浮點數(shù)性能），、（指令編碼）第三章(P202)（存儲層次性能），（并行主存系統(tǒng)），（堆棧模擬），(3)(4)(6)(8)問（地址映象/替換算法實存狀況圖）第四章(P250)（中斷屏蔽字表/中斷過程示意圖），（通道流量計算/通道時間圖）第五章(P343)（流水線性能/時空圖），（2種調(diào)度算法）第六章(P391)（向量流水時間計算），（Amdahl定律/MFLOPS）第七章(P446)、（互連函數(shù)計算），（互連網(wǎng)性質(zhì)），、（多級網(wǎng)尋徑算法），（尋徑/選播算法）第八章(P498)（SISD/SIMD算法）第九章(P562)（SISD/多功能部件/SIMD/MIMD算法）(注：每章可選12個主要知識點，每個知識點可只選1題。有下劃線者為推薦的主要知識點。) 第一章(P33)(1)從指定角度來看，不必要了解的知識稱為透明性概念。(2)見下表，“√”為透明性概念，“P”表示相關(guān)課文頁數(shù)。模m交叉，√，浮點數(shù)據(jù)，P4通道與I/O處理機，P4總線寬度，√，陣列運算部件，結(jié)合型與獨立型通道，√，單總線，√，訪問保護，中斷，指令控制方式，√，堆棧指令，最小編址單位，Cache存儲器，√，“√”為透明性概念，“P”表示相關(guān)課文頁數(shù)。指令地址寄存器，指令緩沖器，√，時標發(fā)生器，√，條件碼寄存器，乘法器，√，主存地址寄存器，√，磁盤，先行進位鏈，√，移位器，√，通用寄存器 ，中斷字寄存器，，“√”表示都透明，“應”表示僅對應用程序員透明，“”表示都不透明。數(shù)據(jù)通路寬度，√，虛擬存儲器，應，Cache存儲器，√，程序狀態(tài)字，“啟動I/O”指令，應，“執(zhí)行”指令，指令緩沖寄存器，√，Sn20 1 0 1 Fe 已知Se=20 , 求作FeSn關(guān)系曲線。 將Se代入Amdahl定律得 上式中令Sn=2，解出Fe=10/19≈ 上式中令Sn=10，解出Fe=18/19≈ 已知兩種方法可使性能得到相同的提高，問哪一種方法更好。(1)用硬件組方法，已知Se=40，F(xiàn)e=，解出Sn=40/≈（兩種方法得到的相同性能）(2)用軟件組方法，已知Se=20，Sn=40/，解出Fe=≈（第二種方法的百分比）(3)結(jié)論：軟件組方法更好。因為硬件組需要將Se再提高100%（20→40），%（→）。 記f ── 時鐘頻率，T=1/f ── 時鐘周期，B ── 帶寬（Byte/s）。 方案一： 方案二： 由各種指令條數(shù)可以得到總條數(shù)，以及各百分比，然后代公式計算。(1)(2)(3)(1)(2) 記Tc ── 新方案時鐘周期，已知CPI = CPIi = 1原時間 = CPI IC = Tc新時間 = （2/3+） IC Tc = Tc二者比較，新時間較短。第二章(P124)（忽略P124倒1行 ～ P125第8行文字，以簡化題意）已知2種浮點數(shù)，求性能指標。 此題關(guān)鍵是分析階碼、尾數(shù)各自的最大值、最小值。 原圖為數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的格式，階碼的小數(shù)點在其右端，尾數(shù)的小數(shù)點在其左端，遵守規(guī)格化要求。 由于尾數(shù)均為原碼，原碼的絕對值與符號位無關(guān)，所以最大正數(shù)與最小負數(shù)的絕對值相同，可用“177。最大絕對值”回答；最小正數(shù)與最大負數(shù)的絕對值相同，可用“177。最小絕對值”回答。 第1小問中，階碼全部位數(shù)為8，作無符號數(shù)看待真值為0～255，作移127碼看待真值為127～+128；尾數(shù)（不計符號位）有23位小數(shù)，另加1位整數(shù)隱藏位，～ – 223，有效位數(shù)p=24； 第2小問中，階碼全部位數(shù)為11，作無符號數(shù)看待真值為0～2047，作移1023碼看待真值為1023～+1024；尾數(shù)（不計符號位）有52位小數(shù)，另加1位整數(shù)隱藏位，～ – 252，有效位數(shù)p=53。 最大絕對值為最大階碼與最大尾數(shù)絕對值的組合，最小絕對值為最小階碼與最小尾數(shù)絕對值的組合。代入相關(guān)公式后得最終結(jié)果如下表。32位64位177。最大絕對值177。(1224)2129177。(1253)21025177。最小絕對值177。2127177。21023表數(shù)精度δ224253表數(shù)效率η100%100%(1) rm = 2，re = 2，p = 24（隱藏最高位）,q = 7。(2) Nmax = 1038，|N|min = 1039 δ ≤ 108 ≈ ，η = 100%1位7位6位00111111333333(1) = 160 設(shè)階碼為移63碼（即26+1，原題未指明） = 22 1位8位23位00111110110011001100110011001101 （其中最高有效位需隱藏） 階碼為移127碼（即27+1）(2) 符號位不變，（階碼 – 63）4 + 127；尾數(shù)左規(guī)，除去最高位；(3) 符號位不變，（階碼 – 127）/ 4 + 63；尾數(shù)補最高位，按除法余數(shù)右移若干位，左補0。 已知10條指令使用頻度，求3種編碼方法的平均碼長與信息冗余量。(1)此問中的“最優(yōu)Huffman編碼法”實際是指碼長下限，即信源的平均信息量──熵，代公式得H=。(2)Huffman編碼性能如下表；(3)2/8擴展編碼是8/64/512法的變種，第一組2條指令，碼長為2（1位擴展標志，1位編碼）,第二組8條指令，碼長為4（1位擴展標志，與第一組區(qū)別，加3位編碼），編碼性能如下表；(4)3/7擴展編碼是15/15/15法的變種，第一組3條指令，碼長為2（共有4種組合，其中3種組合分別代表3條指令，留1種組合作為擴展前綴標志）,第二組7條指令，碼長為5（2位固定的前綴擴展標志，與第一組區(qū)別，加3位編碼，只用其中7種組合），編碼性能如下表。Huffman編碼2/8擴展編碼3/7擴展編碼平均碼長L信息冗余量R%%%(1) 15條/63條/64條(2) 14條/126條/128條第三章(P202) 直接代公式計算存儲層次性能指標。(1)74ns，38ns，(2)，(3)T256K T128K T64K c256K c128K c64K(4)，
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