第一次习题参考答案-2018.pdf
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第一次作业1.名词解释ALU：
是计算机中执行算术和逻辑运算操作的部件，是CPU的核心组成部分，主要功能是进行二进制的算术运算，其中基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作。
ALU是中央处理器（CPU）的执行单元。
数据通路：
指CPU内部数据流经的路径以及路径上的部件，包括数据运算（ALU）、存储（寄存器）和传送（总线）的部件。
控制器（ControlUnit）:
是计算机系统的控制中心，是CPU的重要组成部分。
控制器指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
控制器由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序计数器PC（ProgramCounter）和操作控制器OC（OperationController）三个部件组成。
控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。
计算机自动工作的过程，就是在控制器的控制下自动执行程序的过程，程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要设备。
控制器和运算器合称为中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）。
指令系统：
指令系统是指计算机所能执行的全部指令的集合，是计算机硬件的语言系统，它是软件和硬件的主要界面，反映了计算机所拥有的基本功能。
ISA：
是计算机硬件和软件之间的一个“桥梁”，定义了一台计算机可以执行的所有指令的集合、每条指令的功能、指令所处理的操作数存放的地址空间、操作数类型等。
2.
（1）冯诺依曼计算机的组成：
存储器：
存放数据和指令；控制器：
自动取出指令、译码，控制计算机的各部件执行指令；运算器：
进行加减乘除基本算术运算及逻辑运算和其它附加运算；输入设备：
外部向计算机输入信息的通道输出设备：
计算机向外部输出信息的通道工作方式：
存储程序
（2）摩尔定律：
当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
5.
（1）P2：
从执行之间可以看出，M2更快，比M1快1倍；P1：
从执行之间可以看出，M1更快，比M2快1倍；
（2）M1上的MIPS（每秒百万条指令）：
P1:
200/10=20MIPSP2:
300X103/（3X10-3）=100MIPSM2上的MIPS（每秒百万条指令）：
P1:
150/5=30MIPSP2:
420X103/（6X10-3）=70MIPS从执行速度看，对于P2，M1更快一些，快（100-70）/70=43%（3）假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少。
程序CPI=需要的时钟周期总数/执行的指令总数=CPU主频X执行时间/执行的指令总数CPIM1=800M*10/200M=40CPIM2=1200M*5/150M=40（4）仅对P1，用户关心响应时间：
用时短，速度快单独看时间，显然M2综合：
M1的价格是M2的62.5%，但性能只有50%，所以M2更合算“算力”：
每一块钱可以买到的计算能力，这里用MIPS来衡量。
M1：
20MIPS/5000=0.004MIPSM2：
30MIPS/8000=0.00375MIPSM1要划算性价比1：
（“算力”的另外一种解释）获得同样的速度的花费如，达到60MIPS的“并行计算能力”M1：
3台，3*5000=1.5万元M2：
2台，2*8000=1.6万元所以M1好些性价比2：
花同样多的钱得到的性能4万块钱买8台M1，完成100个P1，总用时125s4万块钱买5台M2，完成100个P1，总用时100s所以M2好其它解法：
（1）时间X价格，选小的M1:
10X5000=50000M2:
5X8000=40000
（2）1/（时间X价格），选大的M1:
1/（10X5000）=1/50000M2:
1/（5X8000）=1/40000（5）P1和P2一样多，关心相应时间P1和P2一样多：
执行次数一样，则显然P1占绝对的大头单独看时间，显然M2综合：
M1的价格是M2的62.5%，但性能只有50%，所以M2更合算“算力”：
每一块钱可以买到的计算能力，这里用MIPS来衡量，取P1和P2的平均值M1：
（20MIPS+100MIPS）/2/5000=0.012MIPSM2：
（30MIPS+70MIPS）/2/8000=0.00625MIPSM1要划算
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