并行体系结构(陈国良版)课后答案

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1、习题设计计划1.指导思想  要求学生理解高端并行计算机系统设计技术,高端MPP、DSM、CLUSTER等大规模并行计算机的关键设计理论和实现技术,包括互连网络技术、存储架构和高可用技术等。为此,必须用适量的作业、习题,启发学生独立思考以及熟练掌握一些基础知识和基本技能。2.作业安排  本教材每一章都附有大量的习题,根据教学进度和学时,合理选择书上习题,以达到进一步加深理解课堂讲授的内容。每一章讲授结束,收一次作业,给出成绩,并作一次集体答疑,讲解作业中的共性问题。作业成绩记入总成绩内。第一章绪论1.1什么是并行计算机?答:简单地讲,并行计算机就是由多个处理单元组成的

2、计算机系统,这些处理单元相互通信和协作,能快速高效求解大型的复杂的问题。1.2简述Flynn分类法:答:根据指令流和数据流的多重性将计算机分为:1)单指令单数据流SISD2)单指令多数据流SIMD3)多指令单数据流MISD4)多指令多数据流MIMD1.3简述当代的并行机系统答:当代并行机系统主要有:1)并行向量机(PVP)2)对称多处理机(SMP)3)大规模并行处理机(MPP)4)分布式共享存储(DSM)处理机5)工作站机群(COW)1.4为什么需要并行计算机?答:1)加快计算速度2)提高计算精度3)满足快速时效要求4)进行无法替代的模拟计算1.5简述处理器并行度的

3、发展趋势答:1)位级并行2)指令级并行3)线程级并行1.6简述SIMD阵列机的特点答:1)它是使用资源重复的方法来开拓计算问题空间的并行性。2)所有的处理单元(PE)必须是同步的。3)阵列机的研究必须与并行算法紧密结合,这样才能提高效率。174)阵列机是一种专用的计算机,用于处理一些专门的问题。1.7简述多计算机系统的演变答:分为三个阶段:1)1983-1987年为第一代,代表机器有:Ipsc/1、Ameteks/14等。2)1988-1992年为第二代,代表机器有:Paragon、Inteldelta等。3)1993-1997年为第三代,代表机器有:MIT的J-m

4、achine。1.8简述并行计算机的访存模型答:1)均匀存储访问模型(UMA)2)非均匀存储访问模型(NUMA)3)全高速缓存存储访问模型(COMA)4)高速缓存一致性非均匀访问模型(CC-NUMA)1.9简述均匀存储访问模型的特点答:1)物理存储器被所有处理器均匀共享。2)所有处理器访问任何存储字的时间相同。3)每台处理器可带私有高速缓存。4)外围设备也可以一定的形式共享。1.10简述非均匀存储访问模型的特点答:1)被共享的存储器在物理上分布在所有的处理器中,其所有的本地存储器的集合构成了全局的地址空间。2)处理器访问存储器的时间不一样。3)每台处理器可带私有高速

5、缓存,外备也可以某种的形式共享。第二章性能评测2.1使用40MHZ主频的标量处理器执行一个典型测试程序,其所执行的指令数及所需的周期数如表2.13所示。试计算执行该程序的有效CPI、MIPS速率及总的CPU执行时间。解:CPI=totalcycles/totalinstructions=(45000*1+32000*2+15000*2+8000*2)/(45000+32000+15000+8000)=1.55MIPS=时钟频率/(CPI*106)=(40*106)/(1.55*106)=25.8CPU执行时间=totalcycles/时钟频率=0.00375s2.2

6、欲在40MHZ主频的标量处理器上执行20万条目标代码指令程序。假定该程序中含有4种主要类型之指令,各指令所占的比例及CPI数如表2.14所示,试计算:①在单处理机上执行该程序的平均CPI。②由①所得结果,计算相应的MIPS速率。解:(1)CPI=1*60%+2*18%+4*12%+8*10%=2.12(2)MIPS=时钟频率/(CPI*106)=(40*106)/(2.12*106)=18.92.12.3已知SP2并行计算机的通信开销表达式为:t(m)=46+(0.035)m,试计算:①渐近带宽r∞=?②半峰值信息长度=?[提示:to=46μs]解:(1)渐近带宽r

7、∞=1/0.035=28.6MB/S(2)半峰值消息长度m1/2=to*r∞=46us*28.6MB/S=1315.6B2.4并行机性能评测的意义。答:意义有:1)发挥并行机长处,提高并行机的使用效率。172)减少用户购机盲目性,降低投资风险。3)改进系统结构设计,提高机器的性能。4)促进软/硬件结合,合理功能划分。5)优化“结构-算法-应用”的最佳组合。6)提供客观、公正的评价并行机的标准。2.5如何进行并行机性能评测答:1)机器级性能评测:CPU和存储器的某些基本性能指标;并行和通信开销分析;并行机的可用性与好用性以及机器成本、价格与性/价比。2)算法级性能

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