2021年中北大學(xué)軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年中北大學(xué)軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、有如下C語(yǔ)言程序段：for（k=0；k<1000；k++）a[k]=a[k]+32；a及變量kint型，int4BCache采用直接映射方式、數(shù)據(jù)區(qū)1KB16BCache為空，則該程序段執(zhí)行過(guò)程中訪問(wèn)aCache缺失率約為（）。A.1.25% B.2.5% C.12.5% D.25%2、存儲(chǔ)器采用部分譯碼法片選時(shí)，（）。不需要地址譯碼器C.會(huì)產(chǎn)生地址重疊D.CPU的地址線全參與譯碼38位（含兩位符號(hào)位），DA算術(shù)右移一位分別得（）。A.B4HEDH B.F4H6DH C.B5HEDH D.B4H6DH4、4位機(jī)器內(nèi)的數(shù)值代碼，則它所表示的十進(jìn)制真值可能為（）。I.16 Ⅱ.-1 Ⅲ.-8 V.8I、V、ⅢIⅡ、IⅣC.ⅡⅢ、D.V5、某機(jī)字長(zhǎng)8位，含一位數(shù)符，采用原碼表示，則定點(diǎn)小數(shù)所能表示的非零最小正數(shù)為（）A.2-9 B.2-8 C.2-7 D.2-66、系統(tǒng)總線中的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線是根據(jù)（）來(lái)劃分的。A.總線所處的位置B.總線的傳輸方向C.總線傳輸?shù)膬?nèi)容D.總線的材料7、下列關(guān)于總線說(shuō)法中，正確的是（）使用總線結(jié)構(gòu)減少了信息傳輸量III.使用總結(jié)結(jié)構(gòu)可以提高信息的傳輸速度IV.使用總線結(jié)構(gòu)可以減少信息傳輸線的條數(shù)A.I，II，III B.II，III，IV C.III，IV D.只有8、只有當(dāng)程序要執(zhí)行時(shí)，它才會(huì)去將源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，而且一次只能讀取、翻譯并執(zhí)行源程序中的一行語(yǔ)句，此程序稱為（）。A.目標(biāo)程序 B.編譯程序 解釋程序 匯編程9、（）可區(qū)分存儲(chǔ)單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器運(yùn)算C.用戶10、（）不是常用三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)中的一級(jí)。A.指令周期C.節(jié)拍D.定時(shí)脈沖11、關(guān)于通用寄存器，下列說(shuō)法正確的是（）?？纱娣胖噶畹募拇嫫骺纱娣懦绦驙顟B(tài)字的寄存器D.可存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器12、假設(shè)某指令的一個(gè)操作數(shù)采用變址尋址方式，變址寄存器中的值為007CH，地址007CH0124HB000HB000H中的內(nèi)容為C000H，則該操作數(shù)的有效地址為（）。A.B124H B.Cl24H C.B07CH D.CO7CH13、某指令系統(tǒng)有200條指令，對(duì)操作碼采用固定長(zhǎng)度二進(jìn)制編碼時(shí)，最少需要用（）A.4 B.8 C.16 D.3214/16位為傳50KB/s，每次傳輸?shù)拈_(kāi)銷（包括中斷）100CPU時(shí)鐘，處理器50MHz，請(qǐng)問(wèn)硬盤數(shù)據(jù)傳送時(shí)占處理器時(shí)間的比例是（）。A.10% B.56.8% C.5% D.50%15、DMA方式的接口電路中有程序中斷部件，其作用是（）。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送CPU提出總線使用權(quán)CPUD.發(fā)中斷請(qǐng)求二、填空題16、主存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)主要是存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間和 17、計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類：一類另一類叫 操作系統(tǒng)屬類。18、數(shù)控機(jī)床是計(jì)算機(jī)方面的應(yīng)用，郵局把信件自動(dòng)分練是在計(jì)算面的應(yīng)用。19、PCI總線是當(dāng)前流行的總線。它是一個(gè)且與 無(wú)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)總線。20、多個(gè)用戶共享主存時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提。通常采用的方法保護(hù)和 保護(hù)，并用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。21、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用條件和硬件資源不同，數(shù)據(jù)傳輸方式可采傳送、 傳送、 傳送。22、奔騰CPU中L2級(jí)cache的內(nèi)容的子集，內(nèi)容又是L2級(jí)cache的子集。23、流水CPU中的主要問(wèn)題相關(guān)、 相關(guān)和 相關(guān)，為此需要用相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，才能保證流水暢通而不斷流。24、中斷處理需要有中。中斷 產(chǎn)生，中等硬件支持。25、存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間和 、三、名詞解釋題26、指令：27、通道命令：28、無(wú)條件轉(zhuǎn)移：29、指令模擬：四、簡(jiǎn)答題30、I/0設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)，共有哪幾種控制方式。簡(jiǎn)述他們的特點(diǎn)。31、基本的DMA控制器的主要部件有哪些？32、控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？33、原理性地說(shuō)明條件相對(duì)轉(zhuǎn)移指令的指令格式和執(zhí)行步驟。五、計(jì)算題34、設(shè)有一個(gè)64K×8位的RAM芯片，試問(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)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(shuō)明有幾種解答。35、假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，其中階碼6位（包含兩位階符），尾數(shù)10位（包含兩位數(shù)符）。已知十進(jìn)制數(shù)x=125，y=-18.125，試計(jì)算[x-y]。（其結(jié)果用二進(jìn)補(bǔ)制真值表示，舍入時(shí)采用0舍l入法）。36、某總線時(shí)鐘頻率為100MHz，在一個(gè)64位總線中，總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷谑?0個(gè)時(shí)，鐘周期傳輸25個(gè)字的數(shù)據(jù)塊，試問(wèn)：總線的數(shù)據(jù)傳輸率是多少？少？六、綜合題37、某計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，虛擬（邏輯）地址空間大小為16MB，主存（物理》地址空間大小為1MB，頁(yè)面大小為4KB；Cache采用直接映射方式，共8行；主存與Cache之閘交換的塊大小為32B。系統(tǒng)運(yùn)行到某一時(shí)刻時(shí)，頁(yè)表的部分內(nèi)容和Cache的部分的容如圖3-50和圖3-51所示，圖中頁(yè)框號(hào)及標(biāo)記字段的內(nèi)容為十六進(jìn)制形式。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：號(hào)（物人理頁(yè)號(hào)）？使用物理地址訪問(wèn)Cache段的位數(shù)及在物理地址中的位置。001C60H所在的頁(yè)面是否在主存中？若在主存中，則該虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理地址是什么？訪問(wèn)該地址時(shí)是否Cache命中？要求說(shuō)明理由。假定為該機(jī)配置一個(gè)4路組相連的TLB，該TLB共可存放8個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，若其當(dāng)前內(nèi)容（十六進(jìn)制）如圖所示，則此時(shí)虛擬地址024BACH所在的頁(yè)面是否在主存中？要求說(shuō)明理由。38、假設(shè)指令流水線分取指（FI）、譯碼（ID）、執(zhí)行（EX）、回寫（WR）4個(gè)過(guò)程段，共有10條指令連續(xù)輸入此流水線。畫出指令周期流程。畫出非流水線時(shí)空?qǐng)D。畫出流水線時(shí)空?qǐng)D。假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns，求流水線的實(shí)際吞吐率。求該流水處理器的加速比。39、1）指令中一般含有哪些字段？分別有什么作用？如何確定這些字段的位數(shù)？2）某機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)均為16位，指令系統(tǒng)共能完成50種操作，采用相對(duì)尋址、間接尋址、直接尋址。試問(wèn)：①指令格式如何確定？各種尋址方式的有效地址如何形成？②在①中設(shè)計(jì)的指令格式，能否增加其他尋址方式？試說(shuō)明理由。參考答案一、選擇題、C、C、A、D、C、C、D、C、D、A、D、C、B、C、C二、填空題16、存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)器帶寬17、系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件18、自動(dòng)控制人工智能19、帶寬處理器20、存儲(chǔ)保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)域訪問(wèn)方式21、主存L1cache2324、優(yōu)先級(jí)仲裁向量控制邏輯25、存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)器帶寬三、名詞解釋題26、指令：是一種經(jīng)過(guò)編碼的操作命令，它指定需要進(jìn)行的操作，支配計(jì)算機(jī)中的信息傳遞以及主機(jī)與輸入輸出設(shè)備之間的信息傳遞，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)軟件的基本元素。27、通道命令：通道自己專門用來(lái)處理輸入輸出事務(wù)的指令28、無(wú)條件轉(zhuǎn)移：一種轉(zhuǎn)移指令類型，不管狀態(tài)如何，一律進(jìn)行轉(zhuǎn)移操作。29、指令模擬：在一種計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)解釋執(zhí)行另一種計(jì)算機(jī)的指令。四、簡(jiǎn)答題30CPUI/0設(shè)備是否已做好準(zhǔn)備，I/02.CPUI/0設(shè)備后，不查詢?cè)O(shè)備是否已準(zhǔn)備就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當(dāng)I/0CPU發(fā)出中斷CPU3.直接存儲(chǔ)器存取方式主存I/0I/0設(shè)備交換信息時(shí)，無(wú)需調(diào)用中斷服務(wù)程序4.I/05.I/0處理機(jī)方式31、答：邏輯結(jié)構(gòu)包括時(shí)序和控制邏輯；內(nèi)部計(jì)數(shù)器、寄存器組、程序命令控制邏輯；優(yōu)先級(jí)編碼邏輯；地址、數(shù)據(jù)緩沖器組等部分。32、答：控制單元具有發(fā)出各種微操作命令序列的功能33、解析：按指令功能分類，一般可將指令分為以下幾類：①算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令：每臺(tái)計(jì)算機(jī)都不可或缺的指令，用來(lái)完成算術(shù)邏輯運(yùn)算。②移位指令：用來(lái)完成算術(shù)移位和邏輯移位。③數(shù)據(jù)傳送指令：用來(lái)完成CPU機(jī)器中還可以用來(lái)完成CPU與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。④轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用與返回指令：主要用來(lái)改變指令執(zhí)行次序的問(wèn)題。⑤其他指令：停機(jī)指令，開(kāi)、關(guān)中斷指令等。按操作數(shù)個(gè)數(shù)分類，一般可分為：①零操作數(shù)指令。②單操作數(shù)指令。③雙操作數(shù)指令。④多操作數(shù)指令。五、計(jì)算題34、解析：存儲(chǔ)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(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?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?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。通過(guò)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(duì)a求導(dǎo)后，得到1-ln2×a×29。在1≤a≤l8時(shí)，F(xiàn)是單調(diào)遞減函數(shù)，所以在這個(gè)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、64.解析：首先將x和y轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101x補(bǔ) 由于jx=00，0111，因此[jx]=00，0111，同理[-jy]=11，1011故[j]=00，0111；x補(bǔ) 補(bǔ)y[-j]=00，0101；11.01101111y補(bǔ)下面可以按照5個(gè)步驟來(lái)做：對(duì)階。求階差：[?]=[jx]-[jx]=[jx]+[-jy]

。=000111+111011=000010??補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ)所以y的階碼要低2，故應(yīng)該y向x對(duì)齊，y尾數(shù)需要右移兩位，階碼加2，如下：[y]=000111，11.110110112）補(bǔ)尾數(shù)求差。00.11111010+00.00100101（y尾數(shù)的負(fù)數(shù)補(bǔ)碼）01.00011111補(bǔ)即[x-y]=00，0111；01.00011111。補(bǔ)01.×××…x，說(shuō)明需要右規(guī)一次即可，階碼加1，最后可得[x-y]

=00，1000；00.100011111（加了下畫線的1為右規(guī)丟棄的1）補(bǔ)舍入處理。ft于右規(guī)低位丟1，因此尾數(shù)末位加1，即尾數(shù)變?yōu)?0.10010000。溢出判斷。最后階符為0000.10010000轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=10010000

=001000，補(bǔ)36、解析：10-8s，則一個(gè)總線傳輸周期為10-7s，也就是說(shuō)，10-7s可以傳送64×25bit的信息，即200B。故總線的數(shù)據(jù)傳輸率為200B/10-7s=2000MB/s如果將時(shí)鐘頻率減半，可以計(jì)算出時(shí)鐘周期為2×10-8s為2×10-7s，也就是說(shuō)，2×10-7s可以傳送200B的信息，故總線的數(shù)據(jù)傳輸率為200B/2×10-7s=1000MB/s六、綜合題37、解析：1）由于虛擬地址空間大小為16MB，且按字節(jié)編址，因此虛擬地址共有24位（24=16M）。由于頁(yè)面大小為4KB（212=4K），因此虛頁(yè)號(hào)為前12位。由于主存（物理）地址空間大小為1MB，因此物理地址共有20位（220=lM）。由于頁(yè)內(nèi)地址有12位，因此20-12=8，即前8位為頁(yè)框號(hào)。Cache3個(gè)字段，如下：分析：由于塊大小為32B，因此字塊內(nèi)地址占5位。又由于Cache共8行，因此字塊標(biāo)記占3位。綜上所述，主存字塊標(biāo)記占20-5-3=12位。虛擬地址001C60H的虛頁(yè)號(hào)為前12001H=1。查表可知，其有效位為1，故在內(nèi)存中。虛頁(yè)號(hào)為l對(duì)應(yīng)頁(yè)框號(hào)為04H，故物理地址為04C60H。由于采用的是直接映射方式，因此對(duì)應(yīng)Cache行號(hào)為3。盡管有效位為1，但是由于標(biāo)記位04CH#105H，故不命中。由于采用了4TLB被分為2組，每組4應(yīng)劃分成3個(gè)字段，如下：將024BACH轉(zhuǎn)成二進(jìn)制為000000100100101110101100，可以看出組號(hào)為0。標(biāo)記為00000010010，換成十六進(jìn)制為000000010010（高位補(bǔ)一個(gè)0），即012H，從圖3-51中的0組可以看出，標(biāo)記為012H頁(yè)面的頁(yè)框號(hào)為1F，故虛擬地址024BACH所在的頁(yè)面在主存中。38、解析：指令周期包括FI、ID、EX和WR這4個(gè)子過(guò)程，則指令周期流程如圖a所示。非流水線時(shí)空?qǐng)D如圖b所示。假設(shè)一個(gè)時(shí)間單位為一個(gè)時(shí)鐘周期，則每隔4鐘周期才有一個(gè)輸出結(jié)果。流水線時(shí)空?qǐng)D如圖c所示。由圖c可見(jiàn)，第一條指令出結(jié)果需要4當(dāng)流水線滿載時(shí)，以后每一個(gè)時(shí)鐘周期可以出一個(gè)結(jié)果，即執(zhí)行完一條指令。由圖c所示的1013個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束時(shí)，CPU執(zhí)行完1010條指令/s。在流水處理器中，當(dāng)任務(wù)飽滿時(shí)，指令不斷輸入流水線，不論是幾級(jí)流水線，每隔個(gè)時(shí)鐘周期都輸出一個(gè)結(jié)果。對(duì)于本題4級(jí)流水線而言，處理10條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)=4+（10-1）=13，而非流水線處理10條指令需4×10=40個(gè)時(shí)鐘周期，所以該流水處理器的加速比為40/13=3.0839、32.解析：指令字中一般有3種字段：操