计算机组成习题答案解析(清华大学出版社)Word文档下载推荐.doc

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对于P2呢？

（2）在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？

在M2上的执行速度又各是多少？

从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？

（3）假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少？

（4）如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2？

为什么？

（提示：

从性价比上考虑）

（5）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2？

参考答案：

（1）对于P1，M2比M1快一倍；

对于P2，M1比M2快一倍。

（2）对于M1，P1的速度为：

200M/10=20MIPS；

P2为300k/0.003=100MIPS。

对于M2，P1的速度为：

150M/5=30MIPS；

P2为420k/0.006=70MIPS。

从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。

（3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：

10×

800M/（200×

106）=40。

在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：

5×

1.2G/（150×

（4）考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。

故性价比R为：

R=1/（执行时间×

价格）

R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×

价格”的值越小，则性价比越高。

因为10×

5000>

5×

8000，所以，M2的性价比高。

应选择M2。

（5）P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：

执行时间总和、算术平均、几何平均。

若用算术平均方式，则：

因为（10+0.003）/2×

（5+0.006）/2×

8000，所以M2的性价比高，应选择M2。

若用几何平均方式，则：

因为sqrt（10×

0.003）×

5000<

sqrt（5×

0.006）×

8000，所以M1的性价比高，应选择M1。

6．若机器M1和M2具有相同的指令集，其时钟频率分别为1GHz和1.5GHz。

在指令集中有五种不同类型的指令A~E。

下表给出了在M1和M2上每类指令的平均时钟周期数CPI。

机器

A

B

C

D

E

1

2

4

5

（1）M1和M2的峰值MIPS各是多少？

（2）假定某程序P的指令序列中，五类指令具有完全相同的指令条数，则程序P在M1和M2上运行时，哪台机器更快？

在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI各是多少？

（1）M1上可以选择一段都是A类指令组成的程序，其峰值MIPS为1000MIPS。

M2上可以选择一段A和B类指令组成的程序，其峰值MIPS为1500/2=750MIPS。

（2）5类指令具有完全相同的指令条数，所以各占20%。

在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI分别为：

M1：

20%×

（1+2+2+3+4）=0.2×

12=2.4

M2：

（2+2+4+5+6）=0.2×

19=3.8

假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：

M1：

2.4×

N×

1/1G=2.4N（ns）

3.8×

N×

1/1.5G=2.53N（ns）

M1执行P的速度更快，每条指令平均快0.13ns，也即M1比M2快0.13/2.53×

100%≈5%。

（思考：

如果说程序P在M1上执行比M2上快（3.8–2.4）/3.8×

100%=36.8%，那么，这个结论显然是错误的。

请问错在什么地方？

）

7．假设同一套指令集用不同的方法设计了两种机器M1和M2。

机器M1的时钟周期为0.8ns，机器M2的时钟周期为1.2ns。

某个程序P在机器M1上运行时的CPI为4，在M2上的CPI为2。

对于程序P来说，哪台机器的执行速度更快？

假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：

4N×

0.8=3.2N（ns）

2N×

1.2=2.4N（ns）

所以，M2执行P的速度更快，每条指令平均快0.8ns，比M1快0.8/3.2×

100%=25%。

8．假设某机器M的时钟频率为4GHz，用户程序P在M上的指令条数为8×

109，其CPI为1.25，则P在M上的执行时间是多少？

若在机器M上从程序P开始启动到执行结束所需的时间是4秒，则P占用的CPU时间的百分比是多少？

程序P在M上的执行时间为：

1.25×

8×

109×

1/4G=2.5s，从启动P执行开始到执行结束的总时间为4秒，其中2.5秒是P在CPU上真正的执行时间，其他时间可能执行操作系统程序或其他用户程序。

程序P占用的CPU时间的百分比为：

2.5/4=62.5%。

9．假定某编译器对某段高级语言程序编译生成两种不同的指令序列S1和S2，在时钟频率为500MHz的机器M上运行，目标指令序列中用到的指令类型有A、B、C和D四类。

四类指令在M上的CPI和两个指令序列所用的各类指令条数如下表所示。

各指令的CPI

S1的指令条数

S2的指令条数

请问：

S1和S2各有多少条指令？

CPI各为多少？

所含的时钟周期数各为多少？

执行时间各为多少？

参考答案：

S1有10条指令，CPI为（5×

1+2×

2+2×

3+1×

4）/10=1.9,所含的时钟周期数为10×

1.9=19，执行时间为19/500M=38ns。

S2有8条指令，CPI为（1×

1+1×

2+1×

3+5×

4）/8=3.25,所含的时钟周期数为8×

3.25=26，执行时间为26/500M=52ns。

（注：

从上述结果来看，对于同一个高级语言源程序，在同一台机器上所生成的目标程序不同，其执行时间可能不同，而且，并不是指令条数少的目标程序执行时间就一定少。

10．假定机器M的时钟频率为1.2GHz，某程序P在机器M上的执行时间为12秒钟。

对P优化时，将其所有的乘4指令都换成了一条左移2位的指令，得到优化后的程序P’。

已知在M上乘法指令的CPI为5，左移指令的CPI为2，P的执行时间是P’执行时间的1.2倍，则P中有多少条乘法指令被替换成了左移指令被执行？

显然，P’的执行时间为10秒，因此，P比P’多花了2秒钟，因此，执行时被换成左移指令的乘法指令的条数为1.2G×

2/（5–2）=800M。

第二章习题答案

3．实现下列各数的转换。

（1）（25.8125）10=（?

）2=（?

）8=（?

）16

（2）（101101.011）2=（?

）10=（?

）16=（?

）8421

（3）（010110010110.0011）8421=（?

）2=（?

（4）（4E.C）16=（?

）2

（1） （25.8125）10=（11001.1101）2=（31.64）8=（19.D）16

（2）（101101.011）2=（45.375）10=（55.3）8=（2D.6）16=（01000101.001101110101）8421

（3）（010110010110.0011）8421=（596.3）10=（1001010100.01001100110011…）2=（254.4CCC…）16

（4）（4E.C）16=（78.75）10=（01001110.11）2

4．假定机器数为8位（1位符号，7位数值），写出下列各二进制数的原码和补码表示。

+0.1001，–0.1001，+1.0，–1.0，+0.010100，–0.010100，+0，–0

原码 补码

+0.1001：

0.1001000 0.1001000

–0.1001：

1.1001000 1.0111000

+1.0：

溢出 溢出

–1.0：

溢出 1.0000000

+0.010100：

0.0101000 0.0101000

–0.010100：

1.0101000 1.1011000

+0：

0.0000000 0.0000000

–0：

1.0000000 0.0000000

5．假定机器数为8位（1位符号，7位数值），写出下列各二进制数的补码和移码表示。

+1001，–1001，+1，–1，+10100，–10100，+0，–0

移码 补码

+1001：

10001001 00001001

–1001：

01110111 11110111

+1：

10000001 00000001

–1：

011111111 11111111

+10100：

10010100 00010100

–10100：

01101100 11101100

10000000 00000000

6．已知[x]补，求x

（1）[x]补=1.1100111

（2）[x]补=10000000

（3）[x]补=0.1010010（4）[x]补=11010011

（1）[x]补=1.1100111x=–0.0011001B

（2）[x]补=10000000 x=–10000000B=–128

（3）[x]补=0.1010010 x=+0.101001B

（4）[x]补=11010011 x=–101101B=–45

7．假定一台32位字长的机器中带符号整数用补码表示，浮点数用IEEE754标准表示，寄存器R1和R2的内容分别为R1：

0000108BH，R2：

8080108BH。

不同指令对寄存器进行不同的操作，因而，不同指令执行时寄存器内容对应的真值不同。

假定执行下列运算指令时，操作数为寄存器R1和R2的内容，则R1和R2中操作数的真值分别为多少？

（1）无符号数加法指令

（2）带符号整数乘法指令

（3）单精度浮点数减法指令

R1 =0000108BH=00000000000000000001000010001011b

R2 =