理解高级计算机体系结构：习题解析与加速比探讨

"张晨曦版《高级计算机体系结构》课后习题的参考答案，涵盖了计算机体系结构的基础概念，包括指令系统的效率分析、计算机性能指标计算以及Amdahl定律在多部件改进中的应用。此外，还涉及了堆栈型指令集结构设计的相关内容。" 在高级计算机体系结构的学习中，理解并掌握计算机系统的基础概念至关重要。第一章主要讨论了不同级别指令系统的执行时间和效率。根据题目描述，计算机系统分为四级，每上升一级，指令的功能增强M倍，但需要N条低级别指令来解释。例如，一个在第一级执行时间为K的程序，若要通过第二级指令执行，其等效执行时间会是第一级的[pic]倍。以此类推，第三级和第四级的执行时间可以通过类似的方法计算得到。 第二题考察了计算机性能指标，如CPI（Clock Cycles Per Instruction）、MIPS（Millions of Instructions Per Second）和程序执行时间。给定了不同类型的指令执行数量和平均时钟周期数，可以通过公式计算出有效CPI，并进一步得到MIPS值和程序执行时间。例如，对于一个400MHz的计算机，程序执行时间可由CPI、指令执行数量和时钟频率计算得出。 第三题涉及到Amdahl定律的应用，该定律描述了系统整体性能改进的限制。问题(1)要求计算当部件1和2改进30%，部件3需要改进多少比例才能使系统加速比达到10。问题(2)则探讨了当三个部件分别改进30%、30%和20%时，不可加速部分在总执行时间中的占比。Amdahl定律的扩展公式表明，系统的加速比取决于各部件的加速比以及它们在原系统中的工作比例。 第二章的初步内容提到了堆栈型指令集结构设计，这是计算机指令集的一个重要类型，通常用于简化处理和提高执行效率，尤其是在处理子程序调用、递归和局部变量管理等方面。 这些习题和解答提供了深入理解计算机体系结构的机会，包括指令执行的复杂性、性能评估方法以及系统优化策略。通过这样的练习，学习者可以更好地掌握高级计算机体系结构的关键概念和分析技巧。