北理工计算机体系结构习题解答.ppt

计算机体系结构第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识第1章基础知识1-9如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式求解部分所花费时间占总的百分比为可向量化百分比。请写出加速比与可向量化比例两者的关系曲线。
解：在习题1-9中，为达到加速比2，可向量化的百分比应为多少?
解：1-10用一台40MHz处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：
指令类型 指令数 时钟周期数
整数运算 45000 1
数据传送 32000 2
浮点 15000 2
控制传送 8000 2
求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。[解答]
CPI=
＝(45000*1+32000*2+15000*2+8000*2)/
(45000+32000+15000+8000)=1.55周期/指令1-11假设在一台40MHz处理机上运行200,000条指令的目标代码，程序主要由四种指令组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下：
指令类型 CPI 指令混合比
算术和逻辑 1 60%
高速缓存命中的加载/存储2 18%
转移 4 12%
高速存储缺失的存储器访问8 10%
(a)计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。
(b)根据(a)所得的CPI,计算相应的MIPS速率。[解答]
(a)
=2.24
(b)第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统第2章指令系统编码第2章指令系统2-5一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下：
指令概率Huffman2/8扩展3/7扩展
I10.25
I20.20
I30.15
I40.10
I50.08
I60.08
I70.05
I80.04
I90.03
I100.02（1）计算这10条的操作码最短平均长度。
（2）采用Huffman编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗余量。
（3）采用2/8扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗余量。
（4）采用3/7扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗余量。第2章0.15(2)采用最小概率合并法
H’=∑Pi×Li
=0.25×2+0.20×2+0.15×3+0.10×3+
0.08×4+0.08×4+0.05×5+0.04×5+
0.03×5+0.02×5
=2.99
信息冗余=1-2.96/2.99=1%指令概率Huffman
I10.2500
I20.2010
I30.15010
I40.10110
I50.080110
I60.081110
I70.0501110
I80.0401111
I90.0311110
I100.02111110.15(2)采用最小概率合并法
H’=∑Pi×Li
=0.25×2+0.20×2+0.15×3+0.10×3+
0.08×4+0.08×4+0.05×4+0.04×5+
0.03×6+0.02×6
=2.99
信息冗余=1-2.96/2.99=1%指令概率Huffman
I10.25 00
I20.20 10
I30.15 010
I40.10 110
I50.08 0110
I60.08 1111
I70.05 1110
I80.04 01110
I90.03 011111
I100.02 011110 （3）采用2/8扩展法
H=∑Pi×Li
=(0.25+0.20)×2+
(0.15+0.10+0.08+0.08+0.05+0.04+
0.03+0.02)×4
=3.1
信息冗余=1-2.96/3.1=4.5%指令概率 2/8扩展
I10.25 00
I20.20 01
I30.15 1000
I40.10 1001
I50.081010
I60.081011
I70.051100
I80.041101
I90.031110
I100.021111（4）采用3/7扩展法
H=∑Pi×Li
=(0.25+0.20+0.15)×2+
(0.10+0.08+0.08+0.05+0.04+
0.03+0.02)×5
=3.2
信息冗余=1-2.96/3.2=7.5%指令概率3/7扩展
I10.2500
I20.2001
I30.1510
I40.1011000
I50.0811001
I60.