计算机体系结构作业答案.docVIP

作 业 第一讲：计算机系统基础 在三台不同指令系统的计算机上运行同一程序P时，A机需要执行1.0*108条指令，B机需要执行2.0*108条指令，C机需要执行4.0*108条指令，但实际执行时间都是10秒，请分别计算这三台机器在实行程序P时的实际运行速度，以MIPS为单位。这三台计算机在运行程序P时，哪台性能最高？为什么？ 如果要给标量处理器增加向量运算部件，并且假定向量模式的运算速度是标量模式的8倍，这里把向量模式所占的百分比时间称作向量化百分比。 画出一张图来表示加速比和向量化百分比的关系，X轴为向量化百分比，Y轴为加速比。 向量化百分比为多少时，加速比能达到2？当加速比达到2时，向量模式占了运算运行时间的百分之多少？向量化百分比为多少时，加速比能达到最大加速比的一半？ 假设程序的向量化百分比为70%。如果需要继续提升处理器的性能，一种方法是增加硬件成本将向量部件的速度提高一倍，另外一种方法是通过改进编译器来提高向量模式的应用范围，那么需要提升多少向量化百分比才能得到与向量部件运算速度提高一倍得到相同的性能？你推荐哪一种设计方案？ 假设有一个代表典型应用的基准测试程序。一款不包含浮点部件的处理器（可以通过整数指令的模拟来执行浮点指令）运行该基准程序的运行速度是120MIPS，在该处理器上增加浮点协处理器后运行该基准程序的运行速度是80MIPS。下面给出了一些参数：I－基准测试中整数指令的数目，F－基准测试中浮点指令的数目，Y－模拟一条浮点指令需要的整数指令的数目，W－无浮点协处理器时基准程序的运行时间，B－有浮点协处理器时基准程序的运行时间。 用上面的参数符号表示出两种配置处理器的MIPS值。 在没有协处理器的配置下，假定F=8*106，Y=50，W=4秒，求I的值。 在上题的条件下，求B的值。 在包含协处理器的配置下，系统的MFLOPS是多少？ 你的同事想要购买这种协处理器来提高性能，而该配置下MIPS降低了，请问他的决策正确吗？解释你的观点。 假设晶片成品率的经验公式如下：晶片成品率 ＝ (1+b*晶片面积/a)-a，其中a = 4是衡量工艺复杂度的参数。 假设每cm2晶圆的成本为c，缺陷密度为b = 0.6/cm2，利用电子表格，计算当晶片面积从0.5cm2变化到4cm2时晶片的成本。然后，适用数学分析工具拟合出晶片成本和面积关系的多项式曲线，使其与电子表格中计算出来的数据相吻合。 假设缺陷密度更高，b = 2.0/cm2，求最接近的最低次数的多项式。 对某处理器进行功耗测试，得到如下数据：时钟不翻转，电压1.2V时，电流为500mA；时钟频率为1GHz，电压1.2V时，电流为2500mA。请计算此处理器的静态功耗以及500MHz下的总功耗。 证明以下结论： N个正数的几何平均小于算术平均； 用归一化的SPEC CPU2000程序分值进行A、B两台机器的性能比较与所使用的参考机无关； 试讨论冯·诺伊曼结构的主要特点。 查阅资料，分别给出一款Intel、AMD、IBM商业处理器的峰值性能和访存带宽。 分析这3种处理器的访存带宽和存储层次参数（一级cache大小和延迟、二级cache大小和延迟等）之间的关系。 在一台个人计算机上（如Pentium-4、Core、Opteron的CPU） 查阅相关资料，给出该机器的浮点运算峰值。 （博士）编写一个汇编程序，尽量逼近该机器的浮点峰值。 （博士）编写并运行一个1024*1024双精度矩阵乘法程序，计算出实际浮点运算速度。 （博士）简要描述一款主流的商业多核处理器结构，并指出其中指令级并行、数据级并行以及线程级并行的特点。 （博士）许多商业处理器（如Intel的Core系列，AMD的Opteron等）上都提供了温度传感器以芯片的内部温度。 请编写一段程序来通过温度传感器来读取芯片温度。 请再编写一段程序，执行这段程序后可以使得芯片温度尽可能的高。 第二讲：二进制与逻辑电路 定点数的表示 分别给出64位定点原码和补码表示的数的范围。 解：[-263, 263-1] 在32位定点补码表示中，0示什么数？ 解：-231 浮点数的表示 把单精度数转化为十进制数：0x7ff0000, 0xbe400000, 0xff800000 解：0x7ff0000=0,0000 1111,111 1111 0000 0000 0000 0000=(1.1111111)2*2(15-127)= 3.8368135610839464260099560574934e-34 0xbe400000=1,0111 1100,100 0000 0000 0000 0000=-(1.1)2*2(124-127)=-0.1875 0xff800000=1,1111 1111,000 0000 0