系统结构答案.doc

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1、第一章1.26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％，那么，采用Cache后能使整个存储系统获得多高的加速比?T01解：根据Amdahl定理有：Sn==；结合题意：Cache工作速度为Tn（1–Fe）+Fe/Se主存的5倍，相当于改进存储器后获得的加速比为5，即Se=5；Cache被访问命中的概率为90％，相当于访问存储器的时间有90％化在Cache上，即Fe=0.9。所以Sn=1/[（1-0.9）+0.9/5]=3.571.27设计指令存储器有两种不同方案：一种是采用价格较贵的高速存储器芯片，另一种是采用

2、价格便宜的低速存储器芯片。采用后一方案时，用同样的经费可使存储器总线带宽加倍，从而每隔2个时钟周期可取出2条指令(每条指令为单字长32位)。而采用前一方案时，每一个时钟周期取出一条单字长指令。由于访存局部性原理，当取出2个指令字时，通常这2个指令字都要使用，但仍有25％的时钟周期中，取出的2个指令字中仅有1个指令字是有用的。试问采用这两种实现方案所构成的存储器带宽是多少？解：带宽是指单位时间内处理的二进制位数，相当于频率，用f表示。采用方案A时，存取指令的CPIa=1时钟周期/指令字，即：fa=1/CPIa×指令字长=1×32=32位/时钟周期。采

3、用方案B时，存取指令的CPIb=0.75×2/2+0.25×2/1=1.25时钟周期/指令字，即：fa=1/CPIa×指令字长=0.8×32=25.6位/时钟周期。1.28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测试程序。假定每次存储器存取为1个时钟周期，试问：(1)此计算机的有效CPI是多少?(2)假定将处理机的时钟频率提高到30MHz，但存储器的工作速率不变，这样，每次存储器存取需要2个时钟周期。如果30％指令每条只需要一次存储器存取操作，另外5％指令每条需要二次存储器存取操作，假定测试程序的指令数不变，并与原

4、工作站兼容，试求改进后的处理机CPI和MIPS。解：（1）由MIPS=时钟频率/（CPI×106），则有：CPIA=时钟频率/（MIPS×106）=1.5。（2）当时钟频率为15MHZ时，假设不进行存储操作指令的CPI为x，则要进行一次存储操作指令的CPI为1+x，要进行二次存储操作指令的CPI为2+x，因此有：1.5=x×65%+（1+x）×30%+（2+x）×5%解得x=1.1当时钟频率为30MHZ时，不进行存储操作指令的CPI不变为1.1，要进行一次存储操作指令的CPI为2+x=3.1，要进行二次存储操作指令的CPI为4+x=5.1，因此平均

5、CPI为：CPIB=1.1×65%+3.1×30%+5.1×5%=1.9所以MIPSB=时钟频率/（CPIB×106）=（30×106）/（1.9×106）=15.8MIPS1.29某计算机Cache能存放2000条指令。假设10%的指令承担了90%时间的指令访问，而且这10%指令中每条指令的执行时间相同。如果要执行的某程序共50000条指令，当计算机执行该程序时，在Cache中能访问到的指令的概率是多少？解：由题意可知：45000条指令承担10%时间的指令访问，5000条指令承担90%时间的指令访问。显然5000条指令被频繁使用，设平均使用次数为

6、X；另外45000条指令仅使用一次。则有：45000:0.1=5000X:0.9解得X=81所以该程序执行指令的条数为Y=45000+5000×81=450000假设频繁使用的5000条指令均匀分布于程序之中，即每次调入Cache的2000条指令有200条是频繁使用的。另假设每次调入Cache的2000条指令中的1800条均被使用了一次。所以执行该程序时Cache中能访问到的指令的概率为:（450000-50000/2000）÷450000≈100%1.30有一台计算机，不同类型指令在理想Cache（无访问失败）与实际Cache（有访问失败）两种情

7、况下的性能如下表。求理想Cache相对于实际Cache的加速比？指令类型出现频率理想CacheCPI实际CacheCPI运算指令40%13取数指令20%28存数指令15%28控制指令25%24解：理想Cache情况下指令的平均时钟周期数CPI为：CPI理想==1×40%+2×20%+2×15%+2×25%=1.6实际Cache情况下指令的平均时钟周期数CPI为：CPI实际==3×40%+8×20%+8×15%+4×25%=5.0S=实际CacheCPU执行时间/理想CacheCPU执行时间=（IC×时钟周期×CPI实际）/（IC×时钟周期×CPI理

8、想）=CPI/CPIA=5.0/1.6=3.121.31假设在一台40MHz处理机上运行测试程序共有200000条指令，由