2021年中國海洋大學(xué)軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷B(有答案)

2021年中國海洋大學(xué)軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、在對(duì)破壞性讀出的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，為維持原存信息不變，必須輔以的操作是（）。A.刷新B.再生C.寫保護(hù)D.主存校驗(yàn)2、關(guān)于LRU算法，以下論述正確的是（）。A.LRU算法替換掉那些在Cache中駐留時(shí)間最長且未被引用的塊B.LRU算法替換掉那些在Cache中駐留時(shí)間最短且未被引用的塊C.LRU算法替換掉那些在Cache中駐留時(shí)間最長且仍在引用的塊D.LRU算法替換掉那些在Cache中駐留時(shí)間最短且仍在引用的塊3、信息序列16位，若想構(gòu)成能糾正一位錯(cuò)、發(fā)現(xiàn)兩位錯(cuò)的海明碼，至少需要加（）位校驗(yàn)位。A.4B.5C.6D.74、串行運(yùn)算器結(jié)構(gòu)簡單，其運(yùn)算規(guī)律是（）。A.由低位到高位先行進(jìn)行進(jìn)位運(yùn)算B.由低位到高位先行進(jìn)行借位運(yùn)算C.由低位到高位逐位運(yùn)算D.由高位到低位逐位運(yùn)算5、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=x；得到y(tǒng)的機(jī)器數(shù)為（）。A.00007FFAHB.0000FFFAHC.FFFF7FFAHD.FFFFFFFAH6、按數(shù)據(jù)傳送格式，總線常被劃分為（）。A.并行總線與串行總線B.同步總線與異步總線C.系統(tǒng)總線與外總線D.存儲(chǔ)總線與I/O總線7、下列關(guān)于總線說法中，正確的是（）I.使用總線結(jié)構(gòu)減少了信息傳輸量II.使用總線的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)信息和地址信息可以同時(shí)傳送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，IIIB.II，III，IVC.III，IVD.只有I8、在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，表明系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的部件是（）。A.程序計(jì)數(shù)器B.指令寄存器C.程序狀態(tài)字D.累加寄存器9、已知計(jì)算機(jī)A的時(shí)鐘頻率為800MHz，假定某程序在計(jì)算機(jī)A上運(yùn)行需要12s?，F(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)人員想設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)B，希望該程序在B上的運(yùn)行時(shí)間能縮短為8s，使用新技術(shù)后可使B的時(shí)鐘頻率大幅度提高，但在B上運(yùn)行該程序所需要的時(shí)鐘周期數(shù)為在A上的1.5倍。那么，機(jī)器B的時(shí)鐘頻率至少應(yīng)為（）能運(yùn)到所希望的要求。A.800MHzB.1.2GHzC.1.5GHzD.1.8GHz10、下列不屬于微指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)是（）。A.提高微程序的執(zhí)行速度B.提高微程序設(shè)計(jì)的靈活性C.縮短微指令的長度D.增大控制存儲(chǔ)器的容量11、關(guān)于通用寄存器，下列說法正確的是（）。A.可存放指令的寄存器B.可存放程序狀態(tài)字的寄存器C.本身具有計(jì)數(shù)邏輯與移位邏輯的寄存器D.可存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器12、某計(jì)算機(jī)按字節(jié)編址，指令字長固定且只有兩種指令格式，其中三地址指令29條，二地址指令107條，每個(gè)地址字段為6位，則指令字長至少應(yīng)該是（）。A.24位B.26位C.28位D.32位13、執(zhí)行操作的數(shù)據(jù)不可能來（）。A.寄存器B.指令本身C.控制存儲(chǔ)器D.存儲(chǔ)器14、某磁盤的轉(zhuǎn)速為10000r/min，平均尋道時(shí)間是6ms，磁盤傳輸速率是20MB/s，磁盤控制器延遲為0.2ms，讀取一個(gè)4KB的扇區(qū)所需平均時(shí)間約為（）。A.9msB.9.4msC.12msD.12.4ms15、設(shè)一個(gè)磁盤盤面共有200個(gè)磁道，盤面總存儲(chǔ)容量60MB，磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)問為25ms，每個(gè)磁道有8個(gè)扇區(qū)，各扇區(qū)之間有一間隙，磁頭通過每個(gè)間除需1.25ms。則磁盤通道所需最大傳輸率是（）。A.10MB/sB.60MB/sC.83.3MB/sD.20MB/s二、填空題16、指令格式是指令用_______表示的結(jié)構(gòu)形式，通常格式中由操作碼字段和_______字段組成。17、RISC的中文含義是______，CISC的中文含義是______18、閃速存儲(chǔ)器特別適合于_______微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，被譽(yù)為_______而成為代替磁盤的一種理想工具。19、中斷處理過程可以嵌套進(jìn)行，_________的設(shè)備可以中斷_________的中斷服務(wù)程序。20、字節(jié)多路通道可允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行_______型操作，數(shù)據(jù)傳送單位是_______21、主存儲(chǔ)器容量通常以MB表示，其中M=______，B=______硬盤容量通常以GB表示，其中G=______.22、奔騰CPU中L2級(jí)cache的內(nèi)容是_______的子集，而_______內(nèi)容又是L2級(jí)cache的子集。23、計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類：一類叫________，另一類叫________操作系統(tǒng)屬于________類。24、總線仲裁部件通過采用________策略或________策略，選擇其中一個(gè)主設(shè)備作為總線的下次，接管總線控制權(quán)。25、多媒體CPU是帶有________技術(shù)的處理器。它是一種________技術(shù)，特別適合于圖像數(shù)據(jù)處理。三、名詞解釋題26、數(shù)據(jù)流：27、向量地址：28、固件：29、指令周期：四、簡答題30、DRAM存儲(chǔ)器采用何種方式刷新？有哪幾種常用的刷新方式？31、雙重分組跳躍進(jìn)位？32、簡述CPU的主要功能。33、什么是指令周期？什么是機(jī)器周期？什么是時(shí)鐘周期？三者之間的關(guān)系如何？五、計(jì)算題34、用一個(gè)時(shí)鐘頻率為40MHz的處理器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，它所包含的混合指令數(shù)和響應(yīng)所需的時(shí)鐘周期見表。試求出有效的CPI、MIPS速率和程序的執(zhí)行時(shí)間（假設(shè)有N條指令）。35、假設(shè)磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000r/min，分8個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)存儲(chǔ)1KB，主存與磁盤存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設(shè)一條指令最長執(zhí)行時(shí)間為25s。試問：是否可采用一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，為什么？若不行，應(yīng)采用什么方案？36、一個(gè)Cache-主存系統(tǒng)，采用50MHz的時(shí)鐘，存儲(chǔ)器以每一個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)字的速率連續(xù)傳輸8個(gè)字，以支持塊長為8個(gè)字的Cache，且每個(gè)字長為32位。假設(shè)讀操作所花費(fèi)的時(shí)間：1個(gè)周期接收地址，3個(gè)周期延遲，8個(gè)周期傳輸8個(gè)字；寫操作所花費(fèi)的時(shí)間：1個(gè)周期接收地址，2個(gè)周期延遲，8個(gè)周期傳輸8個(gè)字，3個(gè)周期恢復(fù)和寫入糾錯(cuò)碼。求下述幾種情況下的存儲(chǔ)器的帶寬。1）全部訪問為讀操作。2）全部訪問為寫操作。3）65%的訪問為讀操作，35%的訪問為寫操作。六、綜合題37、假定在一個(gè)8位字長的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行如下類C程序段：unsignedintx=134；unsignedinty=246；intm=x；intn=y；unsignedintz1=x-y；unsignedintz2=x+y；intkl=m-n；intk2=m+n；若編譯器編譯時(shí)將8個(gè)8位寄存器R1~R8分別分配至變量x、y、m、n、zl、z2、kl和k2，則回答下列問題（提示：帶符號(hào)整數(shù)用補(bǔ)碼表示）：1）執(zhí)行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的內(nèi)容分別是什么（用十六進(jìn)制表示）？2）執(zhí)行上述程序段后，變量m和k1的值分別是多少（用十進(jìn)制表示）？3）上述程序段涉及帶符號(hào)整數(shù)加/減、無符號(hào)整數(shù)加/減運(yùn)算，這4種運(yùn)算能否利用同一個(gè)加法器及輔助電路實(shí)現(xiàn)？簡述理由。4）計(jì)算機(jī)內(nèi)部如何判斷帶符號(hào)整數(shù)加/減運(yùn)算的結(jié)果是否發(fā)生溢出？上述程序段中，哪些帶符號(hào)整數(shù)運(yùn)算語句的執(zhí)行結(jié)果會(huì)發(fā)生溢出？38、某機(jī)采用微程序控制方式，微指令字長為24位，采用水平型字段直接編碼控制方式和斷定方式。共有微命令30個(gè)，構(gòu)成4個(gè)互斥類，各包含5個(gè)、8個(gè)、14個(gè)和3個(gè)微命令，外部條件共3個(gè)。1）控制存儲(chǔ)器的容量應(yīng)為多少？2）設(shè)計(jì)出微指令的具體格式。39、假設(shè)某計(jì)算機(jī)的CPU主頻為80MHz，CPI為4，并且平均每條指令訪存1.5次，主存與Cache之間交換的塊大小為16B，Cache的命中率為99%，存儲(chǔ)器總線的寬度為32位。請(qǐng)回答以下問題：1）該計(jì)算機(jī)的MIPS數(shù)是多少？平均每秒Cache缺失的次數(shù)是多少？在不考慮DMA傳送的情況下，主存帶寬至少達(dá)到多少才能滿足CPU的訪存要求？2）假定在Cache缺失的情況下訪問主存時(shí)，存在0.0005%的缺頁率，則CPU平均每秒產(chǎn)生多少次缺頁異常？若頁面大小為4KB，每次缺頁都需要訪問磁盤，訪問磁盤時(shí)DMA傳送采用周期挪用的方式，磁盤I/O接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器為32位，則磁盤1/0接口平均每秒發(fā)出的DMA請(qǐng)求次數(shù)至少是多少？3）CPU和DMA控制器同時(shí)要求使用總線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，哪個(gè)優(yōu)先級(jí)更高？為什么？4）為了提高性能，主存采用4體低位交叉存儲(chǔ)模式，工作時(shí)每1/4個(gè)存儲(chǔ)周期啟動(dòng)1個(gè)體，若每個(gè)體的存儲(chǔ)周期為50ns，則該主存能夠提供的最大帶寬是多少？

參考答案一、選擇題1、B2、A3、C4、C5、B6、A7、D8、C9、D10、D11、D12、A13、C14、B15、D二、填空題16、二進(jìn)制代碼地址碼17、精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)18、便攜式固態(tài)盤19、優(yōu)先級(jí)高優(yōu)先級(jí)低20、傳輸字節(jié)21、2208位（1個(gè)字節(jié)）23022、主存L1級(jí)cache23、系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件24、優(yōu)先級(jí)公平主方25、MMX多媒體擴(kuò)展結(jié)構(gòu)三、名詞解釋題26、數(shù)據(jù)流：在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器與CPU之間形成的不斷傳遞的數(shù)據(jù)序列。存在于運(yùn)算器與存儲(chǔ)器以及輸入輸出設(shè)備之間。27、向量地址：向量地址是存放服務(wù)程序入口地址的存儲(chǔ)單元地址，它由硬件形成3.雙重分組跳躍進(jìn)位：n位全加器分成若干大組，大組內(nèi)又分成若干小組，大組中小組的最高進(jìn)位同時(shí)產(chǎn)生，大組與大組間的進(jìn)位串行傳送。28、固件：固化在硬件中的固定不變的常用軟件。29、指令周期：從一條指令的啟動(dòng)到下一條指令的啟動(dòng)的間隔時(shí)間。四、簡答題30、答：DRAM采用讀出方式進(jìn)行刷新。因?yàn)樽x出過程中恢復(fù)了存儲(chǔ)單元的MOS柵極電容電荷，并保持原單元的內(nèi)容，所以讀出過程就是再生過程。常用的刷新方式由三種：集中式、分散式、異步式31、答：n位全加器分成若干大組，大組內(nèi)又分成若干小組，大組中小組的最高進(jìn)位同時(shí)產(chǎn)生，大組與大組間的進(jìn)位串行傳送32、答：CPU主要有以下四方面的功能：（1）指令控制：程序的順序控制，稱為指令控制。（2）操作控制：CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號(hào)，把各種操作信號(hào)送往相應(yīng)部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動(dòng)作。（3）時(shí)間控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制，稱為時(shí)間控制。（4）數(shù)據(jù)加工：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算處理，完成數(shù)據(jù)的加工處理。33、答：指令周期是完成一條指令所需的時(shí)間。包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令所需的全部時(shí)間。機(jī)器周期也稱為CPU周期，是指被確定為指令執(zhí)行過程中的歸一化基準(zhǔn)時(shí)間，通常等于取指時(shí)間（或訪存時(shí)間）。時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是處理操作的最基本單位。一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成，每個(gè)機(jī)器周期又由若干個(gè)時(shí)鐘周期組成。五、計(jì)算題34、解：CPI即執(zhí)行一條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)測試程序共包含4種指令，那么CPl就是這4種指令的數(shù)學(xué)期望，故CPl=1×60%+2×18%+4×12%+8×10%=2.24MIPS即每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)。已知處理器的時(shí)鐘頻率為40MHz，即每秒包含40M個(gè)時(shí)鐘周期，故MIPS=40/CPl=40/2.24≈17.9程序執(zhí)行時(shí)間自然就等于程序包含的指令數(shù)×CP1x時(shí)鐘周期的長度，故程序執(zhí)行時(shí)間=N×2.24×1/40MHz=5.6N×10-8s35、解析：磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000r/min，即50r/s。每轉(zhuǎn)傳送的數(shù)據(jù)為8×1KB=8KB，所以數(shù)據(jù)傳輸率為8KB×50r/s=400KB/s.16位數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間=16位/（400KB/s）=2B/（400KB/s）=5μs。由于5μs遠(yuǎn)小于25s，因此不能采用一條指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng)DMA的請(qǐng)求方案。應(yīng)采用每個(gè)CPU機(jī)器周期末查詢及響應(yīng)DMA的請(qǐng)求方案。36、解析：由于存儲(chǔ)系統(tǒng)采用50MHz的時(shí)鐘，因此每·個(gè)時(shí)鐘周期為1/（50MHz）=20ns。1）當(dāng)全部訪問為讀操作時(shí)，一次讀操作所花費(fèi)的時(shí)間為Tr=（1+3+8）×20ns=240ns故存儲(chǔ)器的帶寬為Br=8/Tr=8/（240×10-9）=33.3×106字/s=133.2MB/s2）當(dāng)全部訪問為寫操作時(shí)，一次寫操作所花費(fèi)的時(shí)間為Tr=（1+2+8+3）×20ns=280ns故存儲(chǔ)器的帶寬為Bw=8/Tw=8/（280×10-9）=28.6×106字/s=114.4MB/s3）讀/寫操作合在一起的加權(quán)時(shí)間為T=240ns×0.65+280ns×0.35=254ns故存儲(chǔ)器的帶寬為B=8/T=8/（254×10-9）=31.5×106字/s=126MB/S六、綜合題37、解析：1）寄存器R1存儲(chǔ)的是134，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為10000110B，即86H。寄存器R5存儲(chǔ)的是x-y的內(nèi)容，x-y=-112，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為10010000B，即90H。寄存器R6存儲(chǔ)的是x+y的內(nèi)容，x+y=380，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為101111100B（前面的進(jìn)位含棄），即7CH。由于計(jì)算機(jī)字長為8位，因此無符號(hào)整數(shù)能表示的范圍為0～255，而x+y=380，故溢出。2）m二進(jìn)制表示為10000110B，由于m是int型，因此最高位為符號(hào)位，可以得出m的原碼為11111010（對(duì)10000110除符號(hào)位取反加1），即-122。同理，n的二進(jìn)制表示為11110110B，故n的原碼為10001010，轉(zhuǎn)成十進(jìn)制為-10。因此，k1=-122-（-10）=-112。3）參考答案：可以利用同一個(gè)加法器及輔助電路實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊o符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)都是以補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)，所以運(yùn)算規(guī)則都是一樣的。但有一點(diǎn)需要考慮，由于無符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)的表示范圍是不一樣的，因此需要設(shè)置不一樣的溢出電路。4）至于內(nèi)部如何判斷溢出，可參考前面的總結(jié)。帶符號(hào)整數(shù)只有k2會(huì)發(fā)生溢出。分析：8位帶符號(hào)整數(shù)的補(bǔ)碼取值范圍為-128~+127，而k2-m+n=-122-10--132，超出范圍。而kl=-112，在范圍-128~+127之內(nèi)。38、解析：微指令字長為24位，操作控制字段被分為4組，第1組3位（表示5個(gè)微命令）.第2組4位，（表示8個(gè)微命令），第3組4位（表示14個(gè)微命令），第4組2位（表示3個(gè)微命令）；判斷測試條件字段2位，下地址字段9位。1）因?yàn)橄碌刂纷侄斡?位，所以控制存儲(chǔ)器的容量為29×24位。2）