《计算机系统结构》总复习-习题ppt课件.ppt

计算机系统结构第一章基本概念（P1）本章重点1.定量知识───3个性能公式Amdahl定律的推导Amdahl定律的图形作1.12假定利用增加向量模块来提高计算机的运算速度。计算机处理向量的速度比其通常的运算要快20倍，将可用向量处理部分所花费的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比。
（1）求出加速比S和向量化百分比之间的关系式
作1.13（2）当要得到加速比为2时的可向量化百分比F为多少？
作1.14（3）为了获得在向量模式所得到的最大加速比的一半，可向量化百分比F为多少？(2)由（1）式有(3)由题意可知
作1.17假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍，且Cache被访问命中的概率为90％，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？1.2CPI与程序执行时间Te（P11）1.3每秒百万指令数MIPS与每秒百万浮点数MFLOPS（P11）例1.19用一台4OMHz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：
指令类型指令条数时钟周期数
整数运算450001
数据传送320002
浮点运算150002
控制传送80002
求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。解：依题意可知IN=105条，n=4作1.20某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为
10MIPS的处理机来执行一个巳知混合程序。假定每次
存储器存取为1周期延迟、试问：
(1)此计算机的有效CPI是多少?
(2)假定将处理机的时钟提高到30MHz，但存储器子
系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟
周期。如果30％指令每条只需要一次存储存取，而另
外5％每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序
的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处
理机性能。(2)依题意可知：30%的指令需要一次存储存取，则
这些指令在处理器提高时钟频率之后需要增加1个时
钟周期；另外5%的指令需要增加2个时钟周期。作1.21假设在一台40MHz处理机上运行200000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：解：依题意可知IN=2×105条，n=4，第二章指令系统（P36）2.1Huffman压缩编码（P91）平均码长：各事件编码长度的数学期望。2.2扩展编码方法（等长扩展法，P94-95）1由此可得到哈夫曼编码如下：
I1:0I2:10I3:110I4:11100
I5:11101I6:11110I7:11111
平均码长
L=0.4*1+0.3*2+0.15*3+0.05*5+0.04*5
+0.03*5+0.03*5=2.20位

信息冗余量R=(2.20-2.17)/2.20=1.36%
指令长度个数=4
2.扩展哈夫曼编码
I1,I2,I3用两位:00,01,10
I4,I5,I6,I7用四位:1100,1101,1110,1111
L=(0.4+0.3+0.15)*2+(0.05+0.04+0.03+0.03)*4
=2.30位
信息冗余量=(2.30-2.20)/2.30=0.0565=5.65%4作2.13采用最优Huffman编码法（信息熵）的操作码最短平均长度为：

28例2.2指令系统共有42种指令，前15种使用频率平均为0.05，中间13种使用频率平均为0.015，最后14种使用频率平均为0.004。如何编码？例2.3某模型机有9条指令，其使用频率为：
ADD（加）30%SUB（减）24%
JOM（按负转移）6%STO（存）7%
JMP（转移）7%SHR（右移）2%
CIL（循环左移）3%CLA（清加）20%
STP（停机）1%
要求有两种指令字长，都按双操作数指令格式编,采用扩展操作码，并限制只能有两种操作码码长。设该机有若干个通用寄存器，主存为16位宽，按字节编址，采用整数边界存贮，任何指令都在一个主存周期中取得，短指令为寄存器－寄存器型，长指令为寄存器－主存型，主存地址应能变址寻址。解：(1)Huffman树的形式如图所示。由上图可得到的Huffman编码为：
ADD(加)30%01
SUB(减)24%11
CLA(清加)20%10
JOM(按负转移)6%0001
STO(存)7%0011
JMP(转移)7%0010
CIL(循环左移)3%00001
SHR(右移)2%000001
STP(停机)1%000000
因此，操作码的平均码长为：
(2)采用2-5扩展的操作码编码为：
ADD(加)30%00
SUB(减)24%01
CLA(清加)20%10
JOM(按负转移)6%11000
STO(存)7%11001
JMP(转移)7%11010
SHR(右移)2%11011
CIL(循环左移)3%11100
STP(停机)1%11101
因此