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“计算机组织结构”作业01参考答案
任桐炜
rentw@
1.在逛商店时，你听到一位顾客问店主，他在商店里能买到的最快的计算机是什么。
店主
回答说“你正在看的是Macintosh，最快的Mac机以1.2GHz时钟速率运行，如果你想要最快的机器，你应该购买我们的2.4GHz的Intel Pentium 4计算机。
”店主的说法对吗？为什么？
错误。
相同的功能在不同指令集中需要的指令数量不同，同一条指令在不同计算机上需要的时钟周期数是不同。
而且，即便在指令相同的情况下，如果采用并行、流水线等技术，也可以加速程序的执行。
因此，不能依靠时钟频率的大小来衡量计算机的性能，更科学的衡量标准是每秒所执行的浮点运算有多少百万次、示例程序等。
2.阐述冯·诺依曼原型机的基本思想和结构。
冯•诺依曼原型机采用了“存储程序”的基本思想，即将程序和数据一样以二进制形式存储在计算机中，并由计算机自动取出后逐条执行。
冯•诺依曼原型机主要包含4个组成部分：
1)中央算术逻辑：用于进行各类计算；
2)程序控制逻辑：用于控制各类操作；
3)主存：用于存储程序和数据；
4)I/O模块：用于与外部设备交互，与外界环境进行数据交换。
3.ENIAC是一个十进制机器，用10个真空管来代表一个寄存器。
任何时刻只有一个真空管
处于ON状态，表示10个数字中的一个。
假定，ENIAC有能力使多个真空管同时处于ON 和OFF态，这种表示方法是否合理？为什么？
不合理。
当ENIAC有能力使多个真空管同时处于ON和OFF态时，应该采用二进制表示，
可以减少所需要的真空管数量，从而减小计算机的体积、能耗等。
4.IBM 360Model 75的指令周期的时间是360Model 30的5倍，而相对性能却提高为原来
的50倍。
为什么会出现这种现象？
计算机系统性能衡量的常用标准是每秒所执行的浮点运算有多少百万次。
虽然IBM 360Model75的指令周期与360Model 30相比加长了，但它有可能采用了不同的指令集使得完成相同功能的指令数减少，或是采用了流水线、并行等技术，使得计算机系统的性能得到了提高。
5.处理器性能的一个普通度量是指令执行的速率，表示为每秒百万条指令（MIPS）。
请用
时钟速率和CPI来表示MIPS速率。
时钟速率即时钟频率f，f为每秒包含的CPU时钟周期数，除以CPI即为每秒执行的指令数。
故MIPS=f/CPI/106[沈鸿斌，121250117]
6.一个测试程序在一个40MHz的处理器上运行，其目标代码有100000条指令，由如下各
类指令及其时钟周期计数混合组成：
请确定这个程序的有效CPI、MIPS速率和执行时间。
有效CPI = [45000*1+(32000+15000+8000)*2] / 100000 = 1.55
MIPS = 40M/1.55/106 = 25.8 [邹旋，121250235]
执行时间= 1/40M * 1.55 * 100000 = 3.875ms
7.为了得到各计算机可靠的性能比较，最好是在每个计算机上运行几个不同的测试程序，
然后取MIPS的平均结果。
取平均结果时，可以采用算术平均值，也可以采用调和平均值，请说明这两种度量方法各自的合理性。
假设在三台计算机上执行了4个测试程序，结果如下：
均值，并对计算机的性能排序。
下表是测试程序所取得的MIPS数据：
算数平均值：直接计算每秒钟平均执行多少次百万条指令。
计算机性能排序为：A > C > B
调和平均值：先计算出每百万条指令平均需要多少时间，再取其倒数。
计算机性能排序为：C > A > B
8.简要说明多重中断的两种处理方式及各自的优缺点。
顺序中断处理：在中断处理过程中禁止其它中断。
如果此时发生中断，则会保持在未决状态。
处理器允许中断后会检测到这种未决状态，不用等到用户程序恢复即可再次允许中断。
优点：简单有效。
缺点：没有考虑到中断相对的优先级和时间的紧迫性。
嵌套中断处理：定义中断的优先级，且允许优先级高的中断打断低级的中断处理。
优点：有助于更快地处理高优先级的中断。
缺点：实现复杂。
其他贡献者：[王元天,121250161]。
