計算機組成原理經(jīng)典大題及解析

BM整理PagePAGE4ofNUMPAGES71.某機主存容量為4M×16位，且存儲字長等于指令字長，若該機的指令系統(tǒng)具備97種操作。操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、立即、相對、基址五種尋址方式。（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；（2）該指令直接尋址的最大范圍（十進制表示）；（3）一次間址的尋址范圍（十進制表示）；（4）相對尋址的位移量（十進制表示）。（注意：答案原題為85種操作）2、主存容量16MB，Cache容量8KB，塊大小32B，CPU字長為4B、訪問的主存地址為字地址。4路組相聯(lián)映像方式時。（1）設Cache初態(tài)為空，CPU需從主存0#字單元起依次讀出100個字(每次1個字)，CPU訪問Cache的命中率是多少？（2）對上一小題，若Cache速度是主存的5倍，相對于無Cache時，CPU訪存速度提高多少倍？##例4：CPU支持最大主存容量16MB、按字節(jié)編址，塊大小為32B，Cache容量為8KB。4路組相聯(lián)映像方式時，⑴主存及Cache地址格式及參數(shù)？⑵設Cache初態(tài)為空，CPU從0#主存單元起依次讀出200個字節(jié)(每次1個字節(jié))，CPU訪問Cache的命中率是多少？⑶對上一小題，若Cache速度是主存的5倍(包含地址變換時間)，相對于無Cache時，CPU訪存速度提高多少倍？##3、設某機有5級中斷：L0,L1,L2,L3,L4，其中斷響應優(yōu)先次序為：L0最高，L1次之，L4最低?，F(xiàn)在要求將中斷處理次序改為L1>L3>L0>L4>L2,請?zhí)顚懴卤?，設置各級中斷處理程序的各中斷屏蔽值（每級對應一位，該位為“0”表示允許中斷，該位為“1中斷處理程序中斷處理級屏蔽位L0級L1級L2級L3級L4級L0中斷處理程序L1中斷處理程序L2中斷處理程序L3中斷處理程序L4中斷處理程序4、指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式特點。（10分）312622181716150OP源寄存器變址寄存器偏移量解：（1）操作碼字段為6位，可指定26=64種操作，即64條指令。（2）單字長（32）二地址指令。（3）一個操作數(shù)在原寄存器（共16個），另一個操作數(shù)在存儲器中（由變址寄存器內(nèi)容+偏移量決定），所以是RS型指令。（4）這種指令結(jié)構(gòu)用于訪問存儲器。6、盤磁組有六片磁盤，每片有兩個記錄面，存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm,轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問：（1）有多少個存儲面可用？（2）有多少柱面？（3）盤組總存儲容量是多少？（4）數(shù)據(jù)據(jù)傳輸率是多少？（5）如采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？解：(1)有效存儲區(qū)域＝16.5－11＝5.5(cm)因為道密度＝40道/cm，所以共有40×5.5＝220道，即220個圓柱面。(2)內(nèi)層磁道周長為2πR＝2×3.14×11＝69.08（cm）每道信息量＝400位/cm×69.08cm＝27632位

＝3454B每面信息量＝3454B×220＝759880B盤組總?cè)萘浚?59880B×l0＝7598800B＝7.25MB(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr＝r×NN為每條磁道容量，N＝3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，r＝2400轉(zhuǎn)/60秒＝40轉(zhuǎn)/秒Dr＝r×N＝40×3454B＝13816B/s(4)磁盤旋轉(zhuǎn)一圈的時間為的中斷服務，而響應優(yōu)先權(quán)3的中斷。到T4時刻，又被優(yōu)先權(quán)2的中斷源所中斷，直到T6時刻，返回優(yōu)先權(quán)3的服務程序，到T7時刻，又被優(yōu)先權(quán)1的中斷源所中斷，到T8時刻，優(yōu)先權(quán)1的中斷服務完畢，返回優(yōu)先權(quán)3的服務程序，直到T10優(yōu)先權(quán)3的中斷服務結(jié)束，返回優(yōu)先權(quán)4的服務程序，優(yōu)先權(quán)4的服務程序到T11結(jié)束，最后返回主程序。圖中，優(yōu)先權(quán)3的服務程序被中斷2次，而優(yōu)先權(quán)5的中斷又產(chǎn)生。知某機采用微程序控制方式，其控制存儲器容量為512×48（位），微程序在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制的條件共4個，微指令采用水平型格式，后繼微指令地址采用斷定方式，如圖所示：微命令字段判別測試字段下地址字段微命令字段判別測試字段下地址字段←操作控制→←——————順序控制————————→微指令中的三個字段分別應多少位？畫出對應這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（1）假設判別測試字段中每一位為一個判別標志，那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位，（如采用字段譯碼只需3位），下地址字段為9位，因為控制容量為512單元，微命令字段是（48–4-9）=35位。（2）對應上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖B1.2如下：其中微地址寄存器對應下地址字段，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令子段，后兩部分組成微指令寄存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器OP碼，各狀態(tài)條件以及判別測試字段所給的判別標志（某一位為1），其輸出修改微地址寄存器的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。圖B1.212、某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm磁盤存貯器的容量是多少？最高位密度與最低位密度是多少？磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4）平均等待時間是多少？解（1）每道記錄信息容量=12288字節(jié)每個記錄面信息容量=275×12288字節(jié)共有4個記錄面，所以磁盤存儲器總?cè)萘繛椋?×275×12288字節(jié)=13516800字節(jié)（2）最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算（R1=115mm）：D1=12288字節(jié)/2πR1=17字節(jié)/mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：R2=R1+（275÷5）=115+55=170D2=12288字節(jié)/2πR2=11.5字節(jié)/mm(3)磁盤傳輸率C=r·Nr=3000/60=50周/秒N=12288字節(jié)（信道信息容量）C=r·N=50×12288=614400字節(jié)/秒（4）平均等待時間=1/2r=1/(2×50)=10毫秒13、某微機的指令格式如下所示：15109870操作碼XDD:位移量X:尋址特征位X=00：直接尋址；X=01：用變址寄存器X1進行變址；X=10：用變址寄存器X2進行變址；X=11：相對尋址設（PC）=1234H,(X1)=0037H,(X2)=1122H(H代表十六進制數(shù))，請確定下列指令的有效地址。=1\*GB3①4420H=2\*GB3②2244H=3\*GB3③1322H=4\*GB3④3521H=5\*GB3⑤6723H14、某16機機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機有20位基值寄存器，16個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S（源），D（目標）都是通用寄存器，M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV（OP）=（A）H，STA（OP）=（1B）H，LDA（OP）=（3C）H。MOV是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令，如圖1：要求：下列情況下每個十六進制指令字分別代表什么操作？其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？eq\o\ac(○,1)（F0F1）H（3CD2）Heq\o\ac(○,2)（2856）Heq\o\ac(○,3)（6DC6）H解：根據(jù)以知條件：MOV（OP）=00010101，STA（OP）=011011，LDA（OP）=111100，將指令的十六進制格式轉(zhuǎn)換為二進制代碼且比較后可知：eq\o\ac(○,1)（F0F1）H（3CD2）H指令代表LDA指令，編碼正確，其含義是把主存（13CD2）H地址單元的內(nèi)容取至15號寄存器。eq\o\ac(○,2)（2856）H代表MOV指令，編碼正確，含義是把5號源寄存器的內(nèi)容傳送至6目標寄存器。eq\o\ac(○,3)（6DC6）H是單字長指令，一定是MOV指令，但編碼錯誤，可改正為（28D6）H。eq\o\ac(○,4)（1C2）H是單字長指令，代表MOV指令，但編碼錯誤，可改正為（28D6）H。16、設存儲器容量為32字，字長64位，模塊數(shù)m=4，分別用順序方式和交叉方式進行組織。存儲周期T=200ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期τ=50ns.問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？解：信息總量：q=64位×4=256位