计算机系统结构第一章习题解答.pdf

计算机系统结构是计算机科学的重要分支，它研究计算机硬件与软件之间的接口和交互。在第一章的习题中，涉及了计算机指令执行的时间复杂性、软件移植的策略、计算机系统设计的改进方案以及性能评估等方面的知识。 1. 计算指令执行时间的问题涉及到计算机层次结构的理解。在解释器实现的计算机中，指令执行时间会随着层次的增加而变化。如果每一级执行下一级的N条指令，那么： - 第2级的一条指令执行时间是K * N纳米。 - 第3级的一条指令执行时间是K * N^2纳米。 - 第4级的一条指令执行时间是K * N^3纳米。 如果每一级执行下一级的指令所需时间为K/N，则： - 第2级的一条指令执行时间是K/(N纳米)。 - 第3级的一条指令执行时间是K/(N^2纳米)。 - 第4级的一条指令执行时间是K/(N^3纳米)。 2. 软件移植主要通过编译器优化、源代码级别的适应和模拟器实现。但每种方法都有其局限性。编译器优化可能无法处理所有情况，源代码适应可能需要大量工作，而模拟器则可能导致性能损失。 3. 对于计算机系统设计的改进设想： - 新增字符数据类型和处理指令是常见的扩展，适用于事务处理。 - 增加中断分析级别可能改善中断处理，但可能影响原有系统的兼容性。 - 添加Cache可以提高性能，这是现代计算机的常见做法。 - 改变浮点下溢处理方法可以提高精度，但会影响浮点运算的兼容性。 - 扩展操作码和改变寻址方式会影响指令集的兼容性。 - 数据通路宽度的扩展可提高内部传输速度。 - 双总线可以减少冲突，提高并行性。 - 把0号通用寄存器改为堆栈指示器会破坏原有的编程模型。 其中，不建议改变原有功能（⑵、⑸、⑻），因为这可能影响兼容性和软件的运行。 4. 向量处理与标量处理的比较显示了向量化计算的优势。可向量化百分比越高，加速比越大，两者的关系呈非线性上升趋势。 5. 在计算性能指标时，平均CPI（每条指令周期数）是关键。给定的指令混合比和CPI值用于计算总CPI，然后可以反推出MIPS（每秒百万指令）速率。 6. 对于SUN SPARC2的工作站性能测试，可以通过算术平均、几何平均和调和平均来综合评估其性能。这些平均值分别代表了不同角度的平均性能表现。 计算机系统结构的学习涉及到多方面的知识，包括指令执行、软件移植、系统设计和性能评估等，这些都是构建高效、可靠和兼容的计算机系统的基础。理解这些概念对于IT专业人士来说至关重要。