福师大《计算机体系结构》2013年批次课程练习题解析
简答题
1. 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指
令需要下一级的N条指令解释。若执行第一级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间(ns)?
答：因为第二级的一条指令需第1级的N条指令解释，所以第二级的一条指令执行时间为NKns； 第三级的一条指令执行时间为N2Kns；第四级的一条指令执行时间为N3Kns。
2. 假设将某系统的某一部件的处理速度加快到10倍，但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%，则采用加快措施后能使整个系统的性能提高多少？
答：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律
1、设计RISC应遵循哪些原则？
1）指令条数少而简单。只选取使用频度很高的指令，在此基础上补充一些最有用的指令。 （2）采用简单而又统一的指令格式，并减少寻址方式；指令字长都为32位或位。 （3）指令的执行在单个机器周期内完成。(采用流水线机制)
（4）只有load和store指令才能访问存储器，其他指令的操作都是在寄存器之间进行。（即采用load-store结构） （5）大多数指令都采用硬连逻辑来实现。
（6）强调优化编译器的作用，为高级语言程序生成优化的代码。 （7）充分利用流水技术来提高性能。
2、简述计算机系统结构、组成和实现三者的相互关系。
结构、组成、实现三者互不相同，但又相互影响： 相同结构的计算机，可以因速度不同而采用不同的组成。 同样，一种组成可有多种不同的实现。反过来，组成也会影响结构，微程序控 制就是一个典型的例子。通过改变控制存储器中的微程序就可改变系统的机器 指令，改变结构。 正因为如此，系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更 多更好的支持，同时考虑可能采用和准备采用的组成技术。 组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术。然而它们是可以折衷权衡的。 结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统差异。
3、简述使用多处理机的目的和多处理机具备的特点。
用多台处理机进行多任务处理，提高协同求解一个大而复杂问题的速度； 依靠冗余的处理机及其重组来提高系统的可靠性、适应性和可用性。
4、机群系统与传统的并行处理系统相比有哪些明显的优点？
系统有高的性能价格比； 系统的开发周期短； 系统的可扩展性好； 系统的资源利用率高； 用户编程方便； 用户投资风险小
问答与计算题
1． 设有两个向量A，B，各有4个元素，若在如图所示的静态双功能流水线上，计算向量点积：其中，1→2→3→5组成加法流水线，1→4→5组成乘法流水线。 又设每个流水线所经过的时间均为△t，而且流水线的输出结果可以直接返回到输入或暂存于相应的缓冲寄存器中，其延迟时间和功能切换所需的时间都可以忽略不计。请使用合理的算法，能使完成向量点积A*B所用的时间最短，并求出流水线在此期间实际的吞吐率TP和效率E。
2．一台模 型机的各 ADD（加）：
SUB（减）：
JOM（按页
STO（存）：
JMP（转 试设计这9 示，并计算
解：根据题
下图所示：
条指令的频度如下：
43% SHR（右移）：1% 13% CLL（循环左移）：2% 转移）：6% CLA（累加器清0）：22% 5% STP（停机）：1% 移）：7％
条指令的哈夫曼编码的操作码表示以及2-4等长扩展操作码表这两种表示的平均操作码长度。
目条件构造Huffman树，并进行Huffman编码，具体编码过程如
九条指令对应的Huffman编码如表2.3所示。
表2.3 操作码的Huffman编码和2-4扩展编码
指令 指令使用频度
Pi
Huffman编码法 扩展码编码法
Huffman编码 操作码长度li 2-4扩展码编码 操作
ADD 0.43 0 1 00 2
CLA 0.22 100 3 01 2 SUB 0.13 101 3 1000 4 JMP 0.07 1100 4 1001 4 JOM 0.06 1101 4 1010 4 STO 0.05 1110 4 1011 4 CLL 0.02 11110 5 1100 4 SHR 0.01 111110 6 1101 4 STP 0.01 111111 6 1110 4
