《计算机系统结构》习题解析：透明性、Amdahl定律与存储层次

"《计算机系统结构》习题解答(清华2版)包含了多个章节的计算机系统结构相关的习题解析，涵盖了透明性概念、Amdahl定律、CPI/MIPS、浮点数性能、指令编码、存储层次性能、并行主存系统、堆栈模拟、地址映象与替换算法、中断过程、通道流量计算、流水线性能、向量流水时间、互连函数计算、互连网性质、多级网寻径算法、寻径/选播算法、SISD/SIMD/MIMD算法等多个关键知识点。" 《计算机系统结构》是一门深入研究计算机硬件与软件相互作用的学科，本习题解答主要围绕以下几个方面展开： 1. **透明性概念**：透明性是指系统的一些特性或操作对用户来说是无形的，即用户在使用时无需关心其具体实现细节。例如，虚拟存储器的使用、缓存的存在等，都是为了提高系统的性能而设计，但用户并不需要知道这些内部工作方式。 2. **Amdahl定律**：由Gene Amdahl提出的定律，用于分析系统性能提升的极限。公式为F = (1 + Se)/ (1 + nSe)，其中F是加速比，Se是系统中可并行部分的比例，n是处理器数量。该定律指出，即使系统可以并行化处理一部分任务，仍受到不可并行部分的限制。 3. **CPI/MIPS**：这两个指标用来衡量CPU的性能。CPI（时钟周期数/指令）表示执行一条指令所需的平均时钟周期数，MIPS（每秒百万条指令）则表示CPU每秒能执行的指令数。较低的CPI和较高的MIPS通常表示CPU性能更强。 4. **浮点数性能**：讨论了浮点运算在计算机中的实现及其对系统性能的影响，包括浮点指令的编码和执行效率。 5. **存储层次性能**：涉及了高速缓存、主存和辅助存储之间的层次结构，以及如何通过缓存替换策略优化访问速度。 6. **并行主存系统**：探讨了如何通过多模块内存系统提高数据访问速率，包括地址映射和替换算法在并行环境下的应用。 7. **中断过程**和**中断屏蔽字表**：中断是处理外部事件的一种机制，中断屏蔽字表用于控制中断的允许和禁止，以确保系统稳定运行。 8. **通道流量计算**和**通道时间图**：在通道控制的I/O系统中，如何评估通道处理数据的能力和时间消耗。 9. **流水线性能**：分析了流水线技术如何提高处理器的吞吐量，通过时空图来展示其效果。 10. **向量流水时间计算**和**MFLOPS**：向量处理技术可以显著提升浮点运算性能，MFLOPS是测量浮点运算速度的单位（每秒百万次浮点运算）。 11. **互连函数计算**和**互连网络性质**：在多处理器系统中，如何设计高效的通信结构，以及这些结构的特性，如广播、选择和路由算法。 12. **多级网寻径算法**：研究了在网络层次结构中数据包如何从源到目的地的路径选择。 13. **SISD、SIMD、MIMD算法**：这些是不同类型的计算机体系结构，SISD代表单指令流单数据流，SIMD为单指令流多数据流，MIMD则是多指令流多数据流，分别适用于不同类型的应用场景和并行计算问题。 本习题解答提供了对这些核心概念的深入理解和应用，是学习计算机系统结构的重要参考资料。