清华大学《计算机系统结构》第2版习题精选解析

"清华第2版《计算机系统结构》习题解答包含多个章节的重要知识点，涉及计算机系统结构的基础概念和高级主题。这份解答提供了一些关键习题的答案，尽管不是完整版，但解答详尽，有助于深入理解课程内容。" 1. **透明性概念** (Chapter 1) - 透明性是指用户或程序员在使用系统时，无需了解其内部工作原理即可正常工作。例如，Cache 存储器和总线宽度的透明性意味着它们的存在和操作对程序员来说是不可见的，不影响程序的编写和执行。 2. **Amdahl定律** (Chapter 1) - Amdahl定律用于分析系统性能改进的局限性。它指出，系统整体加速比受到不可并行部分的限制。公式为：S = 1 / (1 - P + F/N)，其中 S 是加速比，P 是系统中可以并行化的部分，F 是不可并行化部分，N 是处理器数量。 3. **CPI/MIPS** (Chapter 1) - CPI (Cycles Per Instruction) 是衡量处理器性能的一个指标，表示执行一条指令所需的平均时钟周期数。MIPS (Millions of Instructions Per Second) 是处理器的指令执行速率。通过比较这两个指标，可以评估处理器的效率和速度。 4. **浮点数性能** (Chapter 2) - 浮点数性能通常用来衡量处理器在执行浮点运算时的速度。这涉及到浮点指令的编码以及浮点运算单元的设计。 5. **指令编码** (Chapter 2) - 指令编码是指如何用二进制形式表示机器语言指令，包括操作码和地址码等字段。不同的编码方式会影响指令集的大小、复杂性和处理器的解析速度。 6. **存储层次性能** (Chapter 3) - 存储层次结构包括CPU缓存、主存和外部存储器。理解各级存储器的性能差异以及它们如何交互，对于优化系统性能至关重要。 7. **并行主存系统** (Chapter 3) - 并行主存系统通过多个内存模块同时处理数据，可以显著提高数据存取速度。这涉及负载平衡、通信开销和一致性问题。 8. **中断屏蔽字表/中断过程示意图** (Chapter 4) - 中断屏蔽字用于控制哪些中断可以被响应，而中断过程示意图展示了中断发生到处理完中断的整个流程，包括中断请求、中断响应和中断恢复阶段。 9. **流水线性能/时空图** (Chapter 5) - 流水线技术是提高处理器性能的有效手段。时空图用来分析流水线的吞吐率和延迟，帮助设计者优化流水线的各段。 10. **向量流水时间计算** (Chapter 6) - 向量流水时间计算涉及向量运算的执行效率，特别是对于向量处理器，了解如何减少运算时间对提升性能至关重要。 11. **寻径算法** (Chapter 7) - 在多级互连网络中，寻径算法决定了数据包如何从源节点传递到目标节点，包括直接连接、多级互联和选播策略。 12. **SISD/SIMD/MIMD算法** (Chapters 8 & 9) - SISD（Single Instruction Stream, Single Data Stream）代表单指令流单数据流系统，如传统CPU；SIMD（Single Instruction Stream, Multiple Data Stream）用于并行处理大量相同操作的数据；MIMD（Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream）则允许每个处理器独立执行指令，常见于多核或多处理器系统。 这些知识点涵盖了计算机系统结构的广泛领域，从底层硬件到高级操作系统和并行处理概念，对于学习和理解计算机系统的工作原理至关重要。通过深入研究和练习，可以增强对计算机系统设计和优化的理解。