00. Курсовая работа "Архитектура компьютера" 1 список вопросов

Курсовая работа "Архитектура компьютера" 1 список вопросов

1. Что такое иерархическая структура, структура системы, состав ЭВМ, реализация ЭВМ, закон Амдала, принцип локальности программы, гетерогенная многопроцессорность, гомогенная многопроцессорность?

2. На чем основана классификация Флинна для классификации компьютеров, на какие 4 категории их можно разделить?

3. С точки зрения выполнения программ и обработки данных, каковы уровни параллелизма в компьютерных системах от низкого до высокого?

4. Приведите примеры, иллюстрирующие взаимосвязь между структурой компьютерной системы, составом компьютера и реализацией компьютера.

5. Компьютер с основной частотой 400МГц выполняет стандартную тестовую программу Типы команд, количество выполнения и средние такты в программе показаны в таблице ниже. Найдите эффективный CPI, скорость и время выполнения программы для этого компьютера.

6. Если скорость обработки некоторой функции в компьютерной системе увеличить в 10 раз, но время обработки этой функции составляет всего 40% от времени работы всей системы, насколько может быть увеличена производительность всей системы? улучшились после принятия этого расширенного функционального метода?

7. В компьютерной системе есть 3 компонента, которые можно улучшить.Коэффициенты ускорения этих 3 компонентов следующие: Коэффициент ускорения компонента 1 = 30 Коэффициент ускорения компонента 2 = 20 Коэффициент ускорения компонента 3 = 10

8. Предполагая, что в прикладной программе есть 3 типа операций, за счет улучшения каждая операция может получить различные улучшения производительности. Конкретные данные следующие:

9. Предположим, что доля инструкций с плавающей запятой (инструкций FP) составляет 30%, из которых на квадратный корень с плавающей запятой (FPSQR) приходится 4% всех инструкций, CPI операций FP равен 5, CPI операций FPSQR операций составляет 20, а среднее значение других инструкций CPI составляет 1,25. Есть две схемы улучшения: первая — снизить CPI операции FPSQR до 3, вторая — снизить CPI всех операций FP до 3. Попробуйте сравнить степень улучшения производительности системы двух схемы.

1. Что такое иерархическая структура, структура системы, состав ЭВМ, реализация ЭВМ, закон Амдала, принцип локальности программы, гетерогенная многопроцессорность, гомогенная многопроцессорность?

Ответ: многоуровневая иерархическая структура - в соответствии с порядком языков программирования от низкоуровневого к высокоуровневому, компьютерная система делится на многоуровневую облачную подструктуру в соответствии с функцией, и каждый уровень характеризуется другим языком. . Этими уровнями, в свою очередь, являются: уровень микропрограммной машины, машинный язык (уровень традиционной машины), виртуальная машина операционной системы, виртуальная машина на языке ассемблера, виртуальная машина на языке высокого уровня, виртуальная машина на языке приложения и т. д.
Структура компьютерной системы относится к свойствам компьютера, которые видят программисты на машинных языках, то есть к концептуальной структуре и функциональным характеристикам.
Компьютерная композиция относится к логической реализации структуры компьютерной системы, включая композицию потока данных и потока управления на уровне физической машины, а также логическую схему.
Компьютерная реализация относится к физической реализации компьютерных компонентов, включая физическую структуру основной памяти процессора и других компонентов, интеграцию и скорость устройств, разделение и соединение модулей, подключаемых модулей и объединительных плат, передачу сигналов, источник питания и т. д. охлаждение и полная машина, технология сборки и т. д.
Закон Амдала. Когда компонент в системе улучшается, улучшение общей производительности системы, которое может быть достигнуто, ограничивается процентом времени выполнения компонента от общего времени выполнения.
Принцип локальности программы — адреса памяти, к которым обращаются во время выполнения программы, распределяются не случайным образом, а относительно сгруппированы.
Гетерогенная многопроцессорная система — состоит из нескольких процессоров разного типа и, по крайней мере, отвечающих за разные функции.Они обрабатывают несколько задач последовательно в соответствии с порядком требований к работе, используя принцип временного перекрытия, и каждый из них выполняет заданные функциональные действия.
Изоморфная многопроцессорная система — состоит из нескольких процессоров одного типа или, по крайней мере, с одинаковыми функциями, они одновременно обрабатывают несколько задач, которые могут выполняться параллельно в одном задании.

2. На чем основана классификация Флинна для классификации компьютеров, на какие 4 категории их можно разделить?

Ответ: Таксономия Флинна классифицируется в соответствии с полиплоидией потока инструкций и потока данных.Она делит структуру компьютерной системы на один поток инструкций, один поток данных (SISD), один поток инструкций, несколько потоков данных (SIMD), несколько потоков инструкций, одиночные данные. Поток (MISD), множественный поток данных с несколькими инструкциями (MIMD).

3. С точки зрения выполнения программ и обработки данных, каковы уровни параллелизма в компьютерных системах от низкого до высокого?

Ответ: Например, при проектировании системы основной памяти определение объема основной памяти, метода адресации, диапазона адресации и т. д. относится к категории структуры компьютерной системы, определение цикла основной памяти, логического использования параллельной основной памяти, логики дизайн и т. д. относятся к компьютерному составу. Категория, а выбор типа микросхемы памяти, технологии микросборки, схемотехники и т. д. относятся к категории компьютерной реализации.
Композиция компьютера — это логическая реализация архитектуры компьютерной системы. Компьютерная реализация — это физическая реализация, из которой состоит компьютер. Структура системы может состоять из нескольких компонентов. Композиция может иметь несколько реализаций.

4. Приведите примеры, иллюстрирующие взаимосвязь между структурой компьютерной системы, составом компьютера и реализацией компьютера.

Ответ: С точки зрения обработки данных уровень параллелизма можно разделить на:
(1) строка битовая строка: за один раз обрабатывается только один бит слова. Это самый простой метод последовательной обработки, в котором нет параллелизма;
(2) объединение битов строки слов: все биты слова обрабатываются одновременно, и сериализуются разные слова. Начал проявляться параллелизм;
(3) слово и битовая строка: один и тот же бит (называемый битовым срезом) многих слов обрабатывается одновременно. Этот метод имеет высокий параллелизм;
(4) Полный параллелизм: обрабатывать все или некоторые биты многих слов одновременно. Это высший уровень параллелизма.
С точки зрения выполнения программы уровни параллелизма можно классифицировать от низкого до высокого:
(1) внутриинструкционный параллелизм: параллелизм между микрооперациями в одной инструкции; (2) параллелизм на уровне инструкций: параллельное выполнение двух или двух микроопераций. -операции (3) параллелизм на уровне потоков
: параллельное выполнение двух или более потоков, обычно с использованием нескольких потоков, полученных из одного процесса, в качестве единицы планирования; (4
) параллелизм на уровне задач или процессов: параллельное выполнение двух или более процессов. или задачи (сегменты), с подпрограммами или процессами в качестве единицы планирования;
(5) Параллелизм на уровне заданий или программ: параллельное выполнение двух или более заданий или программ.

5. Компьютер с основной частотой 400МГц выполняет стандартную тестовую программу Типы команд, количество выполнения и средние такты в программе показаны в таблице ниже. Найдите эффективный CPI, скорость и время выполнения программы для этого компьютера.

тип команды	Количество выполненных инструкций	среднее количество тактов
целое число	40000	1
передача данных	65000	2
плавающая запятая	7000	4
филиал	1000	2
отвечать:

(1) ИПЦ = (45000X1+75000X2+8000X4+1500X2)/129500=1,776

(2) Скорость MIPS = f/ CPI = 400/1,776 = 225,225 MIPS

(3) Время выполнения программы = (45000X1+75000X2+8000X4+1500X2)/400=575 мкс

6. Если скорость обработки некоторой функции в компьютерной системе увеличить в 10 раз, но время обработки этой функции составляет всего 40% от времени работы всей системы, насколько может быть увеличена производительность всей системы? улучшились после принятия этого расширенного функционального метода?

Решение: Из смысла вопроса видно, что коэффициент улучшения = 40% = 0,4, а коэффициент ускорения компонента = 10. По закону Амдала:

Коэффициент ускорения системы=1/((1-0,4)+0,4/10)=1,5625

После принятия этого расширенного функционального метода производительность всей системы может быть улучшена до 1,5625 раз по сравнению с оригиналом.

7. В компьютерной системе есть 3 компонента, которые можно улучшить, и коэффициенты ускорения этих 3 компонентов следующие:

Ускорение части 1 = 30 Ускорение части 2 = 20 Ускорение части 3 = 10

(1) Если коэффициенты улучшения компонента 1 и компонента 2 составляют 30% соответственно, то при коэффициенте улучшения компонента 3 коэффициент ускорения системы может достигать 10?

(2) Если коэффициенты улучшения трех компонентов составляют 30 %, 30 % и 20 % соответственно, и эти три компонента улучшаются одновременно, какова доля времени выполнения неускоряемой части задачи? системы к общему времени выполнения?

развязать:

8. Предполагая, что в прикладной программе есть 3 типа операций, за счет улучшения каждая операция может получить различные улучшения производительности. Конкретные данные следующие:

тип операции	Количество программ (миллионы инструкций)	Время выполнения (циклы) до улучшения	Улучшено время выполнения (циклы)
операция 1	10	2	1
операция 2	30	20	15
Операция 3	35	10	3
Операция 4	15	4	1

(1) Каковы коэффициенты ускорения различных операций после улучшения?
(2) После того, как каждый тип операции будет улучшен отдельно, каковы коэффициенты ускорения, полученные программой?

(3) Каков коэффициент ускорения всей программы после одновременного улучшения трех типов операций?

развязать:

9. Предположим, что доля инструкций с плавающей запятой (инструкций FP) составляет 30%, из которых на квадратный корень с плавающей запятой (FPSQR) приходится 4% всех инструкций, CPI операций FP равен 5, CPI операций FPSQR операций составляет 20, а среднее значение других инструкций CPI составляет 1,25. Есть две схемы улучшения: первая — снизить CPI операции FPSQR до 3, вторая — снизить CPI всех операций FP до 3. Попробуйте сравнить степень улучшения производительности системы двух схемы.

развязать: