2021年河海大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年河海大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、假設(shè)相對尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個字節(jié)，第一個字節(jié)為操作碼，第二個字節(jié)為位移量（用補碼表示），CPU從存儲器取出一個字節(jié)時，即自動完成。若當(dāng)3008H300FH，則該轉(zhuǎn)移指令第二個字節(jié)的內(nèi)容應(yīng)為（若當(dāng)前指令地址為300FH，要求轉(zhuǎn)移到3004H，則該轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容為（）。A.05H，F(xiàn)2H B.07H，F(xiàn)3H C.05H，F(xiàn)3H D.07H，F(xiàn)2H2、用二地址指令來完成算術(shù)運算時，其結(jié)果一般存放在（）。A.其中一個地址碼提供的地址中B.棧頂C.累加器（ACC）中D.以上都不對3、假設(shè)編譯器規(guī)定int和shot類型長度分別為32位和16位，若有下列C語言語句：unsignedshortx=65530；unsignedinty=xy的機器數(shù)為（）。A.00007FFAH B.0000FFFAH C.FFFF7FFAH D.FFFFFFFAH4、下列說法正確的是（）。A.B.有兩種編碼方式C.有一種編碼方式D.無論機器數(shù)采用何種碼表示，0都有兩種編碼方式5、設(shè)x為整數(shù)，[x]=1.xx

xxx，若要x<-16，x~x

應(yīng)滿足的條件是（）。補 1x1~x51

2345 1 5x11，x2~x51x10，x2~x51x10，x2~x5任意6、某機器字長32位，存儲容量64MB，若按字編址，它的尋址范圍是（）。A.8M B.16MB C.16M D.8MB7、Cache用組相聯(lián)映射，一塊大小為128B，Cache共64塊，4塊分一組，主存有4096塊，主存地址共需（）位。A.19 B.18 C.17 D.168、已知計算機A800MHzA12s?，F(xiàn)在硬件設(shè)計人員想設(shè)計計算機B，希望該程序在B后可使B的時鐘頻率大幅度提高，但在B上運行該程序所需要的時鐘周期數(shù)為在A上的1.5倍。那么，機器B的時鐘頻率至少應(yīng)為（）能運到所希望的要求。A.800MHz B.1.2GHz C.1.5GHz D.1.8GHz9、某計算機主頻為1.2GHz，其指令分為4類，它們在基準程序中所占比例及CPI如下表所示。該機的MIPS數(shù)是（）。A.100B.200C.400D.60010、為了對n個設(shè)備使用總線的請求進行仲裁，如果使用獨立請求方式，則需要（）根控制線。A.n C.2n D.311、在（）結(jié)構(gòu)中，外部設(shè)備可以和主存儲器單元統(tǒng)一編址。A.單總線 B.雙總線 C.三總線 以上都可12、指令譯碼器進行譯碼的是（）整條指令C.指令的地址D.指令的操作數(shù)字段13、微指令大體可分為兩類：水平型微指令和垂直型微指令。下列幾項中，不符合水平型微指令特點的是（）。A.執(zhí)行速度快B.并行度較低C.更多地體現(xiàn)了控制器的硬件細節(jié)D.微指令長度較長14640像素×48065536色的圖片（采用無壓縮方式），假56kbit/s，大約需要的時間是（）。A.34.82s B.42.86s C.85.71s D.87.77s15、在DMA傳送方式中，發(fā)出DMA請求的是（）。A.外部設(shè)備B.DMA控制器C.CPU主存二、填空題16、軟磁盤和硬磁盤的 記錄方式基本相同，但在 和 上存在較大差別。17、DMA控制器訪采用以下三種方法、 、 18、并行I/O接口 和串行I/O接口 是兩個目前最具權(quán)威性和發(fā)展前景的準接19、總線同步定時協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線的時刻信號確定，總線周期的長是 的。20、多媒體CPU是帶技術(shù)的處理器，它是一種多媒體擴展結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別適于 處理。21、通道是一個特殊功能的 ，它有自己的 專門負責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制。22、總線仲裁部件通過采策略或 策略，選擇其中一個主設(shè)備作為總的下次，接管總線控制權(quán)。23、中斷處理過程可以嵌套進行的設(shè)備可以中的中斷服務(wù)程序。24、運算器的兩個主要功能是， 25、主存儲器容量通常以KB表示，其中K= ；硬盤容量通常以GB表示，其中G= 三、名詞解釋題26、自陷指令：特殊的處理程序，又叫中斷指令.27、四邊沿協(xié)議（全互鎖）：28、補碼：29、DMA：四、簡答題30、什么是指令周期、機器周期和時鐘周期？三者有何關(guān)系？31、計算機CPU中有哪些類型的寄存器？這些寄存器有什么功能？32、在什么條件下，I/0設(shè)備可以向CPU提出中斷請求？33、請說明SRAM的組成結(jié)構(gòu)，與SRAM相比，DRAM在電路組成上有什么不同之處？五、計算題34、設(shè)有一個64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設(shè)計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。35、設(shè)有一個1MB容量的存儲器，字長為32位，問：若按字節(jié)編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為幾位？編址范圍為多大？若按半字編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為幾位？編址范圍為多大？若按字編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為兒位？編址范圍為多大？36、某計算機的主存地址位數(shù)為32位，按字節(jié)編址。假定數(shù)據(jù)Cache中最多存放128個主存塊，采用4路組相聯(lián)方式，塊大小為64B，每塊設(shè)置了l位有效位。采用一次性寫回策略，為此每塊設(shè)置了1位“臟位”。要求：1）分別指出主存地址中標記（Tag）、組號（lndex）和塊內(nèi)地址（Offset）3部分的位置和位數(shù)。計算該數(shù)據(jù)Cache的總位數(shù)。六、綜合題37、某計算機采用頁式虛擬存儲管理方式，按字節(jié)編址，虛擬地址為32位，物理地址為24位，頁大小為8KB:TLB采用全相聯(lián)映射；Cache數(shù)據(jù)區(qū)大小為64KB，按2路組相聯(lián)方式組織，主存塊大小為64B。存儲訪問過程的示意圖如圖所示。請回答下列問題。圖中字段A~G的位數(shù)各是多少？TLB標記字段B中存放的是什么信息？將塊號為4099CacheCache組號是多少？對應(yīng)的H字段內(nèi)容是什么？Cache缺失處理的時間開銷大還是缺頁處理的時間開銷大？為什么？為什么Cache可以采用直寫（WriteThrough）策略，而修改頁面內(nèi)容時總是采用回寫（WriteBack）策略？38、設(shè)某機器共能完成120種操作，CPU共有8個通用寄存器，且寄存器都為12位。主存容量為16K字（機器采用按字尋址），采用寄存器-存儲器型指令。欲使指令可直接訪問主存的任意地址，指令字長應(yīng)取多少位？若在上述設(shè)計的指令字中設(shè)置一尋址特征位X，且X=0表示某個寄存器作為基址寄存器，試畫出指令格式。試問采用基址尋址可否訪問主存的任意單元？為什么？如不能，提出一種方案，使得指令可訪問主存的任意位置。若存儲字長等于指令字長，且主存容量擴大到64K提下，可采用什么方法使得指令可訪問存儲器的任意位置。39、某16位計算機中，帶符號整數(shù)用補碼表示，數(shù)據(jù)Cache和指令Cache分離。表5-6給出了指令系統(tǒng)中部分指令格式，其中Rs和Rd表示寄存器，mem表示存儲單元地址，（x）表示寄存器x或存儲單元x的內(nèi)容。該計算機采用5段流水方式執(zhí)行指令，各流水段分別是取指IF、譯碼/讀寄存器ID、執(zhí)行/計算有效地址EX、訪問存儲器M、結(jié)果寫回寄存器WB，流水線采用“按序發(fā)射，按序完成”方式，沒有采用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)處理數(shù)據(jù)相關(guān)，并且同一寄存器的讀和寫操作不能在同一個時鐘周期內(nèi)進行。請回答下列問題。若int型變量x-513RI中，則執(zhí)行指令"SHRRI”后，R1的內(nèi)容是多少？要求用十六進制表示。若某個時間段中，有連續(xù)的4條指令進入流水線，在其執(zhí)行過程中沒有發(fā)生任何指令段阻塞，則執(zhí)行這4條指令所需的時鐘周期數(shù)為多少？3）x=a+b.x、abint型變量，它們的存儲單元地址分別為[x]、[a]和[b]。該語句對應(yīng)的指令序列如下，其在指令流水線中的執(zhí)行過程見表這4條指令執(zhí)行過程中，13的ID段和14的IF段被阻塞的原因各是什么？若高級語言程序中某賦值語句為x=2*x+a，x和a均為unsignedint型變量，它們的存儲單元地址分別表示為[xJ、。執(zhí)行這條語句至少需要多少個時鐘周期？要求模仿表畫出這條語句對應(yīng)的指令序列及其在流水線中的執(zhí)行過程示意圖。參考答案一、選擇題、C、A、B、B、D、C、A、D9、C、C、A、B、B、D、A二、填空題16、存儲原理結(jié)構(gòu)性能17、停止CPU訪問周期挪用DMA和CPU交替訪內(nèi)18、SCSIIEEE139419、總線時鐘固定20、MMX圖像數(shù)據(jù)21、處理器指令和程序22、優(yōu)先級公平主方23、優(yōu)先級高優(yōu)先級低24、算術(shù)運算邏輯運算25、210 230三、名詞解釋題26、自陷指令：特殊的處理程序，又叫中斷指令.27、四邊沿協(xié)議（全互鎖）：全互鎖的總線通信異步方式，就緒信號和應(yīng)答信號的上升邊沿和下降邊沿都是觸發(fā)邊沿。28、補碼：帶符號數(shù)據(jù)表示方法之一，正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼是將二進制位按位取反后在最低位上加1。29、DMA：稱為直接存儲器訪問，是指數(shù)據(jù)在主存與外設(shè)之間傳輸，不需要由CPU來對每個字的傳輸進行控制。四、簡答題30、答：CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間叫指令周期；機器周期是在同步控制的機器中，執(zhí)行指令周期中一步相對完整的操作（指令步）所需時間，通常安排機器周期長度=主存周期；時鐘周期是指計算機主時鐘的周期時間，它是計算機運行時最基本的時序單位，對應(yīng)完成一個微操作所需的時間，通常時鐘周期=計算機主頻的倒數(shù)。31、答：在計算機的運行過程中，cpu接到跟緊急的服務(wù)請求而暫停執(zhí)行的現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)而去執(zhí)行終端服務(wù)程序，已處理隨機事件，執(zhí)行完畢后又恢復(fù)源程序的執(zhí)行；32、答：I/0設(shè)備向CPU提出中斷請求的條件是：I/0接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0（MASK=0），且CPU查詢中斷時，中斷請求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。33、答：SRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、地址譯碼電路、控制電路組成，DRAM還需要有動態(tài)刷新電路。五、計算題34、解析：存儲基元總數(shù)=64K×8位=512K位=219位。思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲元安排在字向，因為地址位數(shù)和字數(shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為2a×b=219；b=219-a。若a=19，b=l，總和=19+1=20；若a=18，b=2，總和=18+2=20；若a=17，b=4，總和=17+4=21；若a=16，b=8，總和=16+8=24；由上可看出，片字數(shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字數(shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。通過證明也是能得出結(jié)論的，我們要最小化a+b=a+219-4。令F（a）=a+b=a+219-4，對a求導(dǎo)后，得到1-ln2×a×29。在1≤a≤l8時，F(xiàn)是單調(diào)遞減函數(shù)，所以在這個區(qū)間最小值為F（18）=20，剩下F（19）=20。所以得出結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線=19根，數(shù)據(jù)線=1根；地址線=18根，數(shù)據(jù)線=2根。35、解析：字長為32位，若按半字編址，則每個存儲單元存放16位；若按字編址，則每個存儲單元存放32位。若按字節(jié)編址，1MB=220×8bit208位，編址范圍為00000H~FFFFFH。19位，數(shù)據(jù)寄存器為1600000H~7FFFFH。18位，數(shù)據(jù)寄存器為3200000H~3FFFFH。歸納總結(jié)：主存容量確定后，編址單位越大，對應(yīng)的存儲單元數(shù)量就越少。因此，隨著編址單位的變大，地址寄存器的位數(shù)減少，數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)增加。其實這個可以這么來理解，醫(yī)院需要放置1000個床位，每個房間放的床位多了，需要的房間自然就少了。36、解析：主存地址由標記（Tag）、組號（Index）和塊內(nèi)地址（Offset）3部分組成，標記字段在前，組號字段居中，塊內(nèi)地址字段在后。因為塊大小為64B，所以塊內(nèi)地址字段為6位：因為Cache中有128個主存塊，采用4路組相聯(lián)，Cache分為32組（128/4-32），5位；標記字段為剩余位，32-5-6=21位。數(shù)據(jù)CacheCache塊對應(yīng)一個標記項，標記項中應(yīng)包括標記字段、有效位和“臟位”（法）。因此，標記項的總位數(shù)=128×（21+1+1）=128×23=2944位。又由于數(shù)據(jù)塊位數(shù)=128×64×8=65536Cache的總位數(shù)=2944+65536=68480位。六、綜合題37、解析：1）頁大小為8KB，頁內(nèi)偏移地址為13位，故A=B=32-l3=19；D=13；C=24-13=l1：主存塊大小為64B，故G=6。2路組相聯(lián)，每組數(shù)據(jù)區(qū)容量有64B×2=128B，共有64KB/128B=512組，故F=9：E=24-G-F=24-6-9=9。因而A=19，B=19，C=11，D=l3，E=9，F(xiàn)=9，G=6。TLB中標記字段B的內(nèi)容是虛頁號，表示該TLB項對應(yīng)哪個虛頁的頁表項。2）塊號4099=000001000000000011B，因此所映射的Cache組號是000000011B=3，對應(yīng)的H字段內(nèi)容為000001000B。Cache而Cache缺失只訪問主存。慢得多，所以，在Cache——主存層次，Cache——外存（磁盤）層次，修改頁面內(nèi)容時總是采用寫回策略。38、解析：首先，操作碼可以確定為7位；83位來表示；訪問16K主存也需要147+3+14=24位，指令格式如下：X，還得空一個字段（R1）來表示使用哪一個通用寄存器作為基址寄存器，故指令格式為另外，由于覆蓋主存的16K字需要14位的地址，而寄存器只有12位，因此采用基址尋址不可以訪問主存的任意單元，但可以將通用寄存器的內(nèi)容向左移動兩位，低位補0，這樣就可以形成14位的基地址，然后與形式地址相加，得到的有效地址就可以訪問16K字存儲器的任意單元。因為指令字長為24位，而存儲字長等于指令字長，所以恰好使用一次間接尋址就能達到16M字的尋址范圍，完全可以滿足題目所要求的尋址范圍，而且還超額完成任務(wù)。39、解析：1）x的值為-513，可求得[