计算机体系结构课后习题

6.9 设某个字节多路通道的设备选择时间Ts为9.8μs，传送一个字节的数据所需的时间TD为0.2μs。若某种低速外设每隔500μs发出一次传送请求，那么，该通道最多可连接多少台这种外设？

解：字节多路通道的最大流量为：fmax?byte?字节多路通道的实际流量为：fbyte??fi

i?1p1

TS?TD其中，p为通道连接的外设台数，fi为外设i的数据传输速率。因为连接的是同样的外设，所以f1=f2=?=fp=f，故有fbyte=pf。

通道流量匹配的要求有：fmax-byte≥fbyte

即有：

11 ?pf；可得：p?TS?TD(TS?TD)f已知Ts = 9.8μs，TD = 0.2μs，1/f = 500μs，可求出通道最多可连接的设备台数为：

500?s1p???50

(TS?TD)f(9.8?0.2)?s

6.10 在有Cache的计算机系统中，进行I/O操作时，会产生哪些数据不一致问题？如何克服？

答：（1）存储器中可能不是CPU产生的最新数据 ，所以I/O系统从存储器中取出来的是陈旧数据。

（2）I/O系统与存储器交换数据之后，在Cache中，被CPU使用的可能就会是陈旧数据。

第一个问题可以用写直达Cache解决。

第二个问题操作系统可以保证I/O操作的数据不在cache中。如果不能，就作废Cache中相应的数据。

6.11 假设在一个计算机系统中：

（1） 每页为32KB，Cache块大小为128字节；

（2） 对应新页的地址不在Cache中，CPU不访问新页中的任何数据； （3） Cache中95%的被替换块将再次被读取，并引起一次失效； （4） Cache使用写回方法，平均60%的块被修改过； （5） I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块； （6） 访问或失效在所有Cache块中均匀分布；

（7） 在CPU和I/O之间，没有其它访问Cache的干扰； （8） 无I/O时，每100万个时钟周期内有18000次失效；

（9） 失效开销是40个时钟周期。如果被替换的块被修改过，则再加上30个周期用

于写回主存；

（10） 假设计算机平均每200万个周期处理一页。 试分析I/O对于性能的影响有多大？ 解：每个主存页有32K/128＝256块。

因为是按块传输，所以I/O传输本身并不引起Cache失效。但是它可能要替换Cache中的有效块。如果这些被替换块中有60％是被修改过的，将需要（256×60％）×30＝4608个时钟周期将这些被修改过的块写回主存。

这些被替换出去的块中，有95％的后继需要访问，从而产生95％×256＝244次失效，将再次发生替换。由于这次被替换的244块中数据是从I/O直接写入Cache的，因此所有块都为被修改块，需要写回主存（因为CPU不会直接访问从I/O来的新页中的数据，所以它们不会立即从主存中调入Cache），需要时间是244×（40＋30）＝17080个时钟周期。

没有I/O时，每一页平均使用200万个时钟周期，Cache失效36000次，其中60％被修改过，所需的处理时间为：

（36000×40％）×40＋（36000×60％）×（40＋30）＝2088000（时钟周期）

时钟I/O造成的额外性能损失比例为

（4608＋17080）÷（2000000＋2088000）＝0.53％ 即大约产生0.53％的性能损失。

第7章 互连网络

7.1 解释以下术语 线路交换：在线路交换中，源结点和目的结点之间的物理通路在整个数据传送期间一直保持连接。

分组交换：把信息分割成许多组（又称为包），将它们分别送入互连网络。这些数据包可以通过不同的路径传送，到目的结点后再拼合出原来的数据，结点之间不存在固定连接的物理通路。

静态互连网络：各结点之间有固定的连接通路、且在运行中不能改变的网络。

动态互连网络：由交换开关构成、可按运行程序的要求动态地改变连接状态的网络。

第8章 多处理机

8.1 解释以下术语

集中式共享多处理机：也称为对称式共享存储器多处理SMP。它一般由几十个处理器构成，各处理器共享一个集中式的物理存储器，这个主存相对于各处理器的关系是对称的，

分布式共享多处理机：它的共享存储器分布在各台处理机中，每台处理机都带有自己的本地存储器，组成一个“处理机-存储器”单元。但是这些分布在各台处理机中的实际存储器又合在一起统一编址， 在逻辑上组成一个共享存储器。这些处理机存储器单元通过互连网络连接在一起 ，每台处理机除了能访问本地存储器外，还能通过互连网络直接访问在其他处理机存储器单元中的 “远程存储器”。