计算机体系结构 (5)

第四章参考答案：1.全相联直接相联组相联段相联2.体内连续编址体间连续编址同步启动异步启动3.虚拟存储器命中率H存储空间利用率μCache-主存体系命中率H和等效访问时间tA4.RLU堆栈法比较对法5.虚拟存储器Cache-主存体系6.D7.C8.B9.D10.C11.A12.A13.D14.B15.A16.D17.虚、实地址虚地址找到实地址18.页面争用19.大容量高速度20.命中实现软硬件1解：失效的虚页号：2、3、5、7。命中的虚页号：0、1、4、6。查地址NvNrnr实地址装入位命中否000330721命中37283656337280失效102301023340951命中102410110241命中205527220550失效7800763206320失效409640220481命中6800665606561命中首址尾址0102310242047204830713072409540965119512061446143716771688191虚页012345672解：1）页面数为:2N=220页面容量:2P=512=29则页表层次数:N/P=20/9=3(层)2）经3次(层)页表访问及1次操作数访问，需要4次访问主存；3）查表时间=（3+1）*0.125=0.5(μs)；4）tm=0.25/(3+1)=0.0625(μs)3解：1）时间t:123456789101112地址流AH替换算法232152453252LRU②2③2323#①2#⑤1251#25#④2#54③54#35#②3#523#525/122）tA=H*tc+（1-H）*tm=5/12*0.02+（1-5/12）*.2=0.125（μs）时间t:123456789101112131415替换算法地址流AH232142423152523FIFO②2③232#3①④3#14②1#421#421#4#2③①2#31⑤3#1#5②1#521#52③5#2515LRU②2③2323#①2#④1241#241#241#24#③2#①3⑤13#51#②51#251#25#③2615OPT②2③2323①#23#④23#4234#234#234#23①#23#⑤23#5235#235#235#9154解：（1），（2）5解：地址流A:213142532123415栈顶→n=3栈底n=4栈底n=5栈底21231213241324152435223512321332143214351423144555123311444552命中率H命中页n=312234/15n=41222316/15n=5123212341510/15t1234567891011121314156解：1）主存NdqsNrqsnrCache2）010101Caches'q'Ndqs主存01010101010101组间直接组内全相链01234567主存页号3)可放入Cache0组的主存块号:0145可放入Cache1组的主存块号:2367t块流qs12345678910111213141512413701254647200①111111#111444441④444#000⑤5555#5#10②222#⑦777#7#7#⑥66②1③333#②222#2#⑦7失失失中失失失中失争争失中失争4)块失效:凡是不命中都属于失效;块争用:换出了不该换出的页面.所以:即失效又争用的时刻是:t10,t11及t155)tA=H*tc+(1-H)*tm=0.2*2+0.8*15=12.4(ns)第五章参考答案：1．推迟法相关专用通路法2．等待执行等待译码3．横向纵向纵横向4．数相关指令相关5．猜测法分支预测短转移(短循环)增加指令站容量6．C7.B8.C9.D10.D11.B12.D13.C14.A15.C16.C17.C18.D19.A20.D2．在下述流水线上完成算式M=Πai(i=1～8)（1）合理分解算式；（2）画出各算式执行过程时空图；（3）计算吞吐率和效率。1312433323ΔtΔtΔtΔt1设将指令划分为三个时间段t取t译t执来完成。分别采用顺序执行，有两条指令重叠，有三条指令重叠。都执行K条指令，分别写出三种执行方式所需时间表达式；若K=300,t取=4Δt，t译=5Δt，t执=6Δt，分别计算三种执行方式所需时间3求向量D=A*(B+C)，向量长度为N，分解为下列3条向量指令:①V3←存储器（将A送V3、6τ）②V2←V0+V1存储器（B+C送V2、6τ）③V4←V2*V3（A*(B+C)送V4、7τ）当采用下列3种方式工作时，各需多少时间才能得到全部结果:1）①②③串行执行;2）①②并行执行完后，再与③串行;3）采用链接技术;4）画出链接特性图.1.解：1）顺序执行：t=k*（t取+t译+t执）=300×(4+5+6)=4500（Δt）2）两条重叠：t=t取+k*t译+(k-1)*(t取,t执)max+t执=4+300×5+(300-1)×6+6=3304（Δt）3）三条重叠：t=t取+(t译,t取)max+(k-2)*(t取,t译,t执)max+(t执,t译)max+t执=4+5+(300-2)×6+6+6=1809（Δt）M0M1M2M3M4M5M过程段①②③④⑤⑥⑦③②⑥①④⑤⑦①②③④⑤⑥⑦433323121①②③④⑤⑥⑦12345678910111213151821t(Δt)2解：M=a0*a1*a2*a3*a4*a5*a6*a71）合理分解算式①M=a*a1②M1=a2*a3③M2=a4*a5④M3=a6*a7⑤M4=M0*M1⑥M5=M2*M3⑦M=M4*M52）时空图3）吞吐率：TP=7/21=1/3（个/Δt）效率：η=（7*6Δt）/（21Δt*6）=1/33.解长度为4向量A和B的点积为A·B＝a1*b1+a2*b2+a3*b3+a4*b4共需做4乘法和3加法：c1=a1*b1,c2=a2*b2,c3=a3*b3,c4=a4*b4d1=c1+c2,d2=c3+c4,d3=d1+d2=A·B(1)乘法部件和加法部件不能同时工作，部件内也只能顺序方式工作如下图所示。由向量点积A·B运算的时空图可知，完成全部运算最少为4×5十3×5＝35(拍)部件05101520253035拍c4d1d2d3c1c2c3加乘(2)乘法部件和加法部件可并行的时空图其中，e1=d1+c3,e2=e1+c4=A·Bd1e1e2c1c2c3c4部件加乘0510152025拍(3)处理器有一个乘、加双功能半动态流水线时的时空图d1d2d3d1d2d3d1d2d3d1d2d3d1d2d3c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4加乘部件058101519拍5432154321(4)处理器有乘、加两条流水线，可同时工作时的时空图d1d2d3d1d2d3d1d2d3d1d2d3d1d2d3c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4c1c2c3c4加乘部件058101518拍54321543214.解1）串：1+6+1+(N-1)+1+6+1+(N-1)+1+7+1+(N-1)=22+3N(τ)2）①②并+③串:1+6+1+(N-1)+1+7+1+(N-1)=15+2N(τ)3）链接：1+6+1+1+7+1+（N-1)=16+N(τ)4）时空图：6τV3访存1τ6τV21τ乘V01τ1τ7τV41τ1τ加V11τ第六章参考答案：1.交换单元拓扑结构控制方式2.立方体PM2I混洗交换互连网络3.级控制、单元控制、部分级控制4.时间重叠资源重复资源共享5.多处理机系统多计算机系统6.直通、交换、下播、上播7.松耦合紧耦合8.B9.C10.B11.D12.D13.C14.B15.C16.D17.A18.B19.B20.A1.解（1）0546731211981210141513Cube3Cube1Cube0Cube216222319171827252428263031292120Cube4（2）A0101G0232345456767B0202G11313464657570404G21515C26263737E8989H1011101112131213L14151415810810I91191112141214M13151315812812J91391310141014111511150808G3K1919210210311311412412513513D614614715715Cube0Cube1Cube2Cube3（3）1）0#→14#：A直通B交换C交换D交换7#→10#：E交换F直通C交换G交换对每个交换单元的功能无矛盾要求，但第一、二级不可以用级控，可采用单元控制或部分级控。2）10#→1#：H交换I交换J直通K交换15#→9#：L直通M交换J交换K直通对J、K交换单元功能有矛盾要求，因此不能直接通信。2.解（1）三级立方体互联网络图、三级PM2I互联网络图及三级混洗互联网络图分别绘图如下：（2）2#→5#通信分析立方体：B交换F交换J交换PM2I：上控（2→6）平控（6→6）下控（6→5）混洗：C交换F交换K交换0101G0B2323C4545D6767E0202G1F1313G4646H5757I0404G2J1515K2626L3737Cube0Cube1Cube2A12345670123456701234567012345670010123674567PM2-2PM2+2第一级第二级第三级入端出端PM2±2G2PM2±1G1PM2±0G070.........I0101G0J2323G0K4545G0L6767G0A0404G2B1515G2C2626G2D3737G2E0202G1F4646G1G1313G1H5757G1第一级第二级第三级Cube2Cube1Cube03.解（1）三级混洗互联网络图绘图如下：（2）4#号部件广播式通信第一级：A上播（10）第二级：E、F下播（11）第三级：I、J、K、L下播（11）（3）G2G1G0=101111I0101G0J2323G0K4545G0L6767G0A0404G2B1515G2C2626G2D3737G2E0202G1F4646G1G1313G1H5757G1第一级第二级第三级Cube2Cube1Cube00x54673121198121014zy15134.解1）2）3）G2G1G0=1011110101G0Cube02323G04545G06767G0一级02021313G14646G15757G1二级04041515G22626G23737G2三级G1Cube1G2Cube2