计算机系统结构(第2版)郑伟明汤志忠课后习题答案以及例题收录(2)

例1.2,p10

采用哪种实现技术来求浮点数平方根FPSQR的操作对系统的性能影响较大。假设FPSQR操作占整个测试程序执行时间的20%。一种实现方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10倍。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使FP指令的速度加快到2倍，还假设FP指令占整个执行时间的50%。请比较这两种设计方案。 解：分别计算出这两种设计方案所能得到的加速比：

STo1n?T? n(1?Fe)?FeSeFe FPSQR=0.20,Se FPSQR=10 Fe FP=0.50,Se FP=2

Sn1FPSQR??1(1?0.2)?0.20.82?1.2210Sn11

FP??(1?0.5)?0.50.75?1.332

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例1.3,p11

如果FP操作的比例为25%，FP操作的平均CPI=4.0，其它指令的平均CPI为1.33，FPSQR操作的比例为2%， FPSQR的CPI为20。假设有两种设计方案，分别把FPSQR操作的CPI和所有FP操作的CPI减为2。试利用CPU性能公式比较这两种设计方案哪一个更好(只改变CPI而时钟频率和指令条数保持不变)。 解：

CPI??n(CPIIii?i?1IC) 原系统的

CPIIFP=4.0, FPIC=25% CPII2=1.33, 2IC=1-25%

nCPII原 ??(CPIii?IC) i?1= CPIIFP

FP + CPII22ICIC =4.0×25% + 1.33×75%

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=2

方案1（使FPSQR操作的CPI为2）系统 CPI=CPI原 - CPIIFPSQRFPSQR原

IC + CPIIFPSQRFPSQR新

IC

=CPI原 -

IFPSQRIC（CPIFPSQR原 - CPIFPSQR新）

=2-2%×（20-2） =1.64

方案2（提高所有FP指令的处理速度, 使FPSQR操作的CPI为2）CPI=CPII原 - CPIFP原FPIC + CPIIFP新FPIC =CPII原 -

FPIC（CPIFP原 - CPIFP新） =2-25% ×（4-2） =1.5

我们也可以根据以下公式计算出方案2系统（同求CPI原） CPI= 75%×1.33+25%×2=1.5

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显然，提高所有FP指令处理速度的方案要比提高FPSQR处理速度的方案要好。 方案2的加速比 加速比?采用改进措施后的性能

没有采用改进措施前的性能Sn?ToCPU时间原系统 ?TnCPU时间方案2??IC ? 时钟周期 ? CPI原系统

IC ? 时钟周期 ? CPI方案2CPI原系统

CPI方案2=2/1.5 =1.33

例1.4

假设两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟周期，而其它指令只需1个时钟周期。

CPUA:采用一条比较指令来设置相应的条件码，由紧随其后的一条转移指令对此条件码进行

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测试，以确定是否进行转移。显然实现一次条件转移要执行比较和测试两条指令。条件转移指令占总执行指令条数的20%。由于每条转移指令都需要一条比较指令，所以比较指令也将占20%。

CPUB采用比较功能和判别是否实现转移功能合在一条指令的方法，这样实现一条件转移就只需一条指令就可以完成。由于CPUB在转移指令中包含了比较功能，因此它的时钟周期就比CPUA要慢25%。

现在要问，采用不同转移指令方案的CPUA和CPUB，那个工作速度会更快些？解：

CPIA=0.2×2+0.8×1=1.2 TCPUA=ICA×1.2×tA = 1.2 ICA×tA

CPUB转移指令占20%÷80%=25% CPIB = 0.25×2+0.75×1=1.25 由于CPUB中没有比较指令，因此 ICB = 0.8×ICA

CPUB时钟周期就比CPUA要慢25% tB = 1.25tA

TCPUB = ICB×CPIB×tB

= 0.8 ICA×1.25×1.25tA

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