【南航计算机系统结构】第1，2，3章作业

计算机系统结构作业

第一章

【题1.7】

​ 某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：

指令类型	指令执行数量	平均时钟周期数
整数	45000	1
数据传送	75000	2
浮点	8000	4
分支	1500	2

求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。

答案

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【题1.8】

​ 已知4个程序在3台计算机上的执行时间如下表所示：

程序	计算机A	计算机B	计算机C
程序1	1	10	20
程序2	1000	100	20
程序3	500	1000	50
程序4	100	800	100

​ 假设4个程序都执行100 000 000条指令，计算这3台计算机中每台机器上每个程序的MISP速率。分别计算它们的算术平均值、几何平均值和调和平均值。

答案

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【题1.9】

计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为：

部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10

（1） 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到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，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？

答案

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【题1.10】

​ 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？

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第二章

【题2.11】

​ 某台处理机的各条指令使用频度如下表所示：

指令	使用频度	指令	使用频度	指令	使用频度
ADD	43%	JOM	6%	CIL	2%
SUB	13%	STO	5%	CLA	22%
JMP	7%	SHR	1%	STP	1%

​ 请分别设计这9条指令操作码的哈夫曼编码、3/3/3扩展编码和2/7扩展编码，并计算这3种编码的平均码长。

答案

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【题2.12】

​ 某机的指令字长为16位，设有单地址指令和两地址指令。若每个地址字段均为6位，且两地址指令有A条，问单地址指令最多可以有多少条？

答案

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【题2.13】

​ 某处理机的指令系统要求有：三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令16条。设指令字长为12位，每个地址码长度为3位。问能否用扩展编码为其操作码编码？如果要求单地址指令为254条，能否对其操作码扩展编码？说明理由。

答案

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第三章3-33 34 36 39 40

【题3.6】

有一指令流水线如下所示：

（1） 求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率；

（2） 该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？

答案

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【题3.7】

有一条流水线由4段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需要的时间都是$\Delta t$问：

（1） 当在流水线的输入端连续地每$\Delta t$时间输入任务时，该流水线会发生什么情况？

（2） 此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2$\Delta t$输入一个任务，连续处理10个任务时的实际吞吐率和效率是多少？

（3） 当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？

答案

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【题3.8】

有一条动态多功能流水线由5段组成（如图所示），加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t，其余各段时间均为△t，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水寄存器中。若在该流水线上计算，试计算其吞吐率、加速比和效率。

答案

【题3.9】

在一个5段流水线处理机上，各段执行时间均为△t，需经9△t才能完成一个任务，任务处理对各段的使用要求预约表如下所示。

（1）画出流水线任务调度的状态转移图。

（2）求出流水线的最优调度策略和流水线的最大吞吐率。

（3）按最优调度策略连续输入6个任务，流水线的实际吞吐率是多少？

答案

【题3.10】

有一个5段流水线，各段执行时间均为△t，其预约表如下所示

（1）画出流水线任务调度的状态转移图。

（2）分别求出允许不等时间间隔调度和等时间间隔调度的两种最优调度策略，以及这两种调度策略的流水线最大吞吐率。

（3）若连续输入10个任务，求这两种调度策略的流水线实际吞吐率和加速比？

答案