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计算机系统结构_第八章练习题 答案

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第八章并行处理机和多处理机1. 设a 为一个计算机系统中n 台处理机可以同时执行的程序代码的百分比，其余代码必须用单处理机顺序执行。

每台处理机的执行效率为xMIPS,并假设所有处理机的处理能力相同。

那么当n=16,x=4MIPS 的情况下，a 为多少的时候系统的性能能够达到40MIPS?A.0.84B.0.88C.0.92D.0.962. 设a 为一个计算机系统中n 台处理机可以同时执行的程序代码的百分比，其余代码必须用单处理机顺序执行。

每台处理机的执行效率为xMIPS,并假设所有处理机的处理能力相同。

那么当n=16,a=0.92的情况下，x 为多少的时候系统的性能能够达到40MIPS?A. 4MIPSB. 4.5MIPSC. 5MIPSD. 5.5MIPS3. 假设一台4处理机带有共享存储器的计算机来执行一个混和程序。

此多处理机有4种运行方式。

与1,2,3,4四台处理机处于活动状态相对应。

设i f 为i 台处理机用于执行上述程序的时间百分数。

已知1.0,2.0,3.0,4.04321====f f f f ；R1=4MIPS ，R2=8MIPS ，R3＝11MIPS ，R4=15MIPS ，试问上述混合程序的调和均值执行时间T 为多少A. 0.25MIPSB. 0.375MIPSC. 0.5MIPSD. 以上都不对4. 假定有一个处理机台数p 为32的共享存储器多处理机系统。

假设典型处理机每条指令执行时间对全局存储器进行访问的平均次数m 为1.6。

共享存储器的平均存储时间t 为s μ1使用本地存储器的单处理机的速率x 为2MIPS 速率，问这个多处理机系统的有效MIPS(在多处理机的每台处理机上执行n 条指令。

)A.15.24B.14.6C.13.5D.以上均不对5. 一台向量计算机只能以下述两种方式中的一种运行：向量方式，执行速度是10MFLOPS ；另一种是标量方式，执行速度Rs 为1MFLOPS 。

设a 是该计算机的典型程序代码中可向量化的百分比。

若要使R a 达到7.5MFLOPS ，问向量化百分比a 应有多大（Ra 使平均执行速度）A ．B ．C ．0.96D ．6. 设a 为一个计算机系统中n 台处理机可以同时执行的程序代码的百分比，其余代码必须用单处理机顺序执行。

而单个节点机的处理效率x 是4MIPS,那么在a=0.8的条件下，要让系统的效率达到20MIPS,则至少需要多少台节点机？A.8B.16C.32D.以上均错误7. 设a 为一个计算机系统中n 台处理机可以同时执行的程序代码的百分比，其余代码必须用单处理机顺序执行。

而单个节点机的处理效率是4MIPS,那么在a=0.8的条件下，要让系统的效率达到10MIPS,则至少需要多少台节点机？A.4B.8C.16D.208. 假定有一个处理机台数为p 的共享存储器多处理机系统。

设m 为典型处理机每条执行执行时间对全局存储器进行访问的平均次数。

设t 为共享存储器的平均存储时间，x 为使用本地存储器的单处理机MIPS 速率，再假定在多处理机上执行n 条指令。

现在假设p=32,m=0.4,t=1μs,要让多处理机的有效性能达到56MIPS ，需要每台处理机的MIPS 效率是多少？A.2B.4C.5.83D.40有效MIPS 速率 = pn/(n*m*t+n/x) = px /(1+mtx)= 5.839. 设有一个4个处理器的SIMD 系统，假设在系统中访存取指和取数的时间可以忽略不计；加法与乘法分别需要2拍和4拍；在SIMD 系统中处理器（机）之间每进行一次数据传送的时间为1拍；在SIMD 系统中，PE 之间采用线性环形互连拓扑，即每个PE 与其左右两个相邻的PE 直接相连。

求利用此系统计算表达式])[][(41i B i A S i ⨯=∑=所需的节拍数。

A. 23B. 12C. 11D. 10 10. 设计一种采用加、乘和数据寻径操作的算法，计算表达式∑===321*i i i i B A s 。

假设加法和乘法分别需要2个和4个单位时间，从存储器取指令、取数据、译码的时间忽略不计，所有的指令和数据已经装入有关的PE 。

现有一台串行计算机，有一个加法器，一个乘法器，问最短多少单位时间计算出s ？A. 192nsB. 130nsC. 128nsD. 以上结果都不对11. 设有一个4个处理器的MIMD 系统，假设在系统中访存取指和取数的时间可以忽略不计；加法与乘法分别需要2拍和4拍；在MIMD 系统中处理器（机）之间每进行一次数据传送的时间为1拍；在MIMD 系统中，每个PE 都可以和其它PE 有直接的的通路。

求利用此系统计算表达式])[][(41i B i A S i ⨯=∑=所需的节拍数。

A. 23B. 12C. 11D. 1012. 试确定在具有8个PE 的MIMD 计算机系统中，计算下列表达式所用时间()∏=+=81i i i B A S其中，加法需用30ns ，乘法需用50ns 。

，数据由一个PE （计算单元）传送到另一个PE 需要10ns ，在MIMD 计算机中PE 间以全互连方式连接A. 250nsB. 210nsC. 200nsD. 180ns13. 设计一种采用加、乘和数据寻径操作的算法，计算表达式∑===321*i i i iB A s 。

假设加法和乘法分别需要2个和4个单位时间，从存储器取指令、取数据、译码的时间忽略不计，所有的指令和数据已经装入有关的PE 。

现有一台8个PE 的SIMD 计算机，8个PE 连成双向环结构，每个PE 可以用一个单位时间把数据直接送给它的相邻PE 。

每个PE 可以在不同时刻执行加法或乘法。

求最短求出s 的需要多少单位时间。

A. 70nsB. 64nsC. 62nsD. 50ns14. 什么是集中式共享多处理机？什么是分布式共享多处理机集中式共享多处理机：通过大容量的cache 和总线互联使各处理机共享个单独的集中式存储器的多处理机。

分布式共享多处理机：采用非集中式，存储器分布到各个处理机上的多处理机15. 简SIMD 计算机的分布式存储器与共享存储器的异同。

相同点:都存在互联网络。

不同点:在共享内存方案中，共享的多体并行存储器通过对准网络与各处理单元相连。

在分布内存方案中，每个处理单元有自己的本地存储器，处理单元有自己的本地存储器，处理单元之间的数据通过数据寻径网络完成。

16.试分析与比较SIMD计算机与向量计算机的相同与不同相同点:两种计算机都能对大量数据进行向量处理，特别适用于高速数值计算。

不同点:SIMD计算机获得高处理速度主要原因是采用资源重复的并行措施，多个处理单元并行工作，向量计算机依靠的是多功能流水线部件时间重叠提高速度；另一区别是SIMD 计算机有它的互联网络。

17.何谓SMP？它的主要特点是什么？SMP称为共享存储型多处理机，也称为对称型多处理机。

特点：其共享存储系统拥有统一寻址空间，程序员不必参与数据分布的传输。

18.何谓机群系统？它的主要特点是什么？机群系统是利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来，并再并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的系统。

特点：1.系统开发周期短2.用户投资风险小3.系统价格低4.节约系统资源5.系统扩展性好6.用户编程方便19.试在含一个PE的SISD机和在含n个PE且连接成一线性环的SIMD机上计算下列求内积的表达式：其中n=2k∑=•=nii iB As1假设完成每次ADD操作需要2个单元时间，完成每次MULTIPLY操作需要4个单位时间，沿双向环在相邻PE间移数需1个单位时间(1)SISD计算机上计算s需要多少时间(2)SIMD计算机上计算s需要多少时间(3)SIMD机计算s相对于SISD计算的加速比是多少？解：（1）在SISD计算机中计算s需要串行计算n次乘法和n-1次加法。

共需要时间：（2）s =3+2k+n(3)加速比=(6n-2)/(3+2k+n)20.如果一台SIMD计算机和一台流水线处理机具有相同的计算性能，对构成它们的主要部件分别有什么要求？一台具有n个处理单元的SIMD计算机与一台具有一条n级流水线并且时钟周期为前者1/n的流水线处理机的计算性能相当，两者均是每个时钟周期产生n个计算结果。

但是，SIMD 计算机需要n 倍的硬件（n 个处理单元），而流水线处理机中流水线部件的时钟速率要求比前者快n 倍，同时还需要存储器的带宽也是前者的n 倍。

21. 一台向量计算机只能以下述两种方式中的一种运行：向量方式，执行速度是Rv=10MFLOPS ；另一种是标量方式，执行速度Rs 为1MFLOPS 。

设a 是该计算机的典型程序代码中可向量化的百分比。

(1) 推导出该计算机平均执行速度R a 的公式(2) 画出以a 为横坐标，R a 为纵坐标的曲线，a 的范围为(0,1)(3) 要使Ra 达到6MFLOPS ，问向量化百分比a 应多大(4) 假设Rs ＝2MFLOPS ，a=0.7，要使Ra 达到9MFLOPS ，问Rv 应多大？解：(1) Ra=Rv*a+Rs*(1-a)(2) 曲线略(3) a=5/9(4) Rv=12MFLOPS22. 试确定在下列3种计算机系统中，计算下列表达式所用时间()∏=+=81i i i B A S其中，加法需用30ns ，乘法需用50ns 。

在SIMD 和MIMD 计算机中，数据由一个PE （计算单元）传送到另一个PE 需要10ns ，而在SISD 计算机中数据传送时间可以忽略不济。

在SIMD 计算机中PE 间以线性环方式互联（以单向方式传送数据）(1) 具有一个通用PE 的SISD 计算机系统(2) 具有一个加法器和一个乘法器的多功能部件的SISD 计算机系统(3) 具有8个PE 的SIMD 计算机系统(1) 30*8+50*7=590ns ，或者如果从初值1开始乘起，则为30*8+50*8=640(2) 30*2+50*8=460ns(3) 30++10+50+20+50+40+50=250ns。

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计算机系统结构课后习题答案

计算机系统结构课后习题答案

第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。

虚拟机:用软件实现的机器。

翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。

解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现:计算机组成的物理实现,包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块、插件、底板的划分与连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。

Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。

测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。

存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。

其基本点是指令驱动。

程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。

系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

计算机系统结构课后答案unit8

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第八章课后题1、简述脉动阵列结构的特点。

答：（1）结构简单，规整，模块化强，可扩充性好；（2）处理单元间数据通信距离短，规则，使数据流和控制流的设计，同步控制均简单规整；（3）脉动阵列机中各处理单元同时运算，并行性极高，可通过流水获得很高的吞吐率；（4）输入数据被多个处理单元重复使用，减轻阵列与外界I/O通信量，降低系统对主存和I/O系统频宽的要求。

（5）脉动阵列结构的构形与特定任务和算法密切相关，具有专用性，限制了应用范围。

2、什么叫控制驱动、数据驱动、需求驱动？答：控制流驱动:即指令的执行是在PC(程序计数器)的控制下，按照事先指定的序列进行的,指令的执行顺序隐含在控制流中。

数据流驱动:即指令的执行是按照数据相关和资源可用性确定的序列进行的，指令的执行基本上是无序的。

只要一条指令所需的操作数全部就绪,就可以被激发并执行。

需求驱动:即指令的执行是按照数据需求确定的序列进行的。

3、什么叫大规模并行处理机MPP?什么叫机群系统？答：MPP是大规模并行处理机，指用数百万个高性能，低成本的RISC微处理器通过互联网络互连，组成的SIMD或MIMD系统。

机群系统是将多个高性能工作站或高档微型计算机使用高速通信网络加以互连组成系统。

4、用结构有向图形式画出求解x=square root (a+b)*d/e-e/d的数据流程序图，当a =4、b=8时，表示出该数据流程序图的执行过程。

5、用常用结点画出z:= IF X=10 THEN X-Y ELSE (X+Y)/Y的数据流程序图。

6、画出对应于循环语句WHILE i<0 DOnew Z:=Z+X;i:=old i+1END迭代结构的数据流程序图。

7、静态和动态数据流机的主要区别在哪里？答：（1）静态数据流机的数据令牌无标号。

动态数据流机的数据令牌有标号；（2）静态数据流任意给定时刻当结点操作时每条弧上只能有一个数据令牌、动态数据流机中，任何一条弧上可出现多个不带目标号的数据令牌；（3）静态数据流机中必须设控制令牌以满足要求，动态数据流机中不必须投控制令牌，因为令牌有识别时间、先后关系的标号；（4）静态数据流机不支持递归的并发激活，只支持一般循环，动态数据流机支持递归的并发激活；（5）静态数据流机不需硬件完成标记的匹配，动态数据流机需要硬件将标记附加在数据令牌上，并完成对标记的匹配工作。

计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第八章

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程序 L4服务 L3服务 L2服务 L1服务 L0服务 现行程序 L0 、 L1 、 L2 、 L3 、 L4 同时请求
t
26. 设某机配有A、B、C三台设备， 其优先级按A→B→C降序排列，为改 变中断处理次序，它们的中断屏蔽字 设置如下：
设备 A B C 屏蔽字 111 010 011
请按下图所示时间轴给出的设备 请求中断的时刻，画出CPU执行程序 的轨迹。设A、B、C中断服务程序的 执行时间均为20s。
向量编码器——向量中断时，用 来产生向量地址； 中断允许触发器（EINT）—— CPU中的中断总开关，完成开、关中 断状态的设置； 中断标记触发器（INT）——用来 建立中断周期状态。INT=1，表示进 入中断周期，即开始执行中断隐指令； 中断屏蔽触发器——对于可屏蔽 的中断源进行开、关中断操作，可视 为各中断源的中断分开关； 采用程序中断技术时，指令系统 中往往有相关指令支持。常见的指令 有：开中断、关中断、中断返回等。
17. 在中断系统中，INTR、INT、 EINT这三个触发器各有何作用？ 解：INTR——中断请求触发器，用 来登记中断源发出的随机性中断请求信号， 以便为CPU查询中断及中断排队判优线路 提供稳定的中断请求信号； EINT——中断允许触发器，CPU中 的中断总开关。当EINT=1时，表示允许 中断（开中断），当EINT=0时，表示禁 止中断（关中断）。其状态可由开、关中 断等指令设置； INT——中断标记触发器，控制器时 序系统中周期状态分配电路的一部分，表 示中断周期标记。当INT=1时，进入中断 周期，执行中断隐指令的操作。
4. 设CPU内有下列部件：PC、IR、 SP、AC、MAR、MDR和CU，要求： （1）画出完成间接寻址的取数指 令LDA@X（将主存某地址单元X的内 容取至AC中）的数据流（从取指令开 始）。 （2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据流向与所采用 的数据通路结构直接相关，不同的数 据通路中的数据流是不一样的。常用 的数据通路结构方式有直接连线、单 总线、双总线、三总线等形式，目前 大多采用总线结构，直接连线方式仅 适用于结构特别简单的机器中。
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)

计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)

计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。

2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。

- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。

- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。

- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。

- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。

3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。

- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。

- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。

- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。

- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。

第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。

进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。

多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。

2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。

- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。

- 运行状态：进程占用CPU资源执行。

- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。

- 终止状态：进程完成执行或被终止。

3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。

常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。

- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。