2021年北京林業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機(jī)組成原理》科目期末試卷B(有答案)

2021年北京林業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機(jī)組成原理》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、假定編譯器對C源程序中的變量和MIPS中寄存器進(jìn)行了以下對應(yīng)：變量f、g、h、i、i分別對應(yīng)給寄存器$s0，$s1，$s2，$s3，$s4，并將一條C賦值語句編譯后生成如下匯編代碼序列：add$s0,$s1,$s2，add$t1,$s3,$s4sub$s0,$t0,$t1請問這條C賦值語句是（）。A.f=（g+i）-（h+i）B.f=（g+j）-（h+i）C.f=（g+h）-（j+i）D.f=（j+i）-（g+h）2、下列尋址方式中，最適合按下標(biāo)順序訪問一維數(shù)組的是（）。A.相對尋址B.寄存器尋址C.直接尋址D.變址尋址3、當(dāng)定點(diǎn)運(yùn)算發(fā)生溢出時，應(yīng)（）。A.向左規(guī)格化B.向右規(guī)格化C.舍入處理D.發(fā)出出錯信息4、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.FFFFFFFAH5、假定變量i、f、d的數(shù)據(jù)類型分別為int、float、double（int用補(bǔ)碼表示，float和double用IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中的單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位機(jī)器中執(zhí)行下列關(guān)系表達(dá)式，則結(jié)果為真的是（）。I.i==（int）（float）iⅡ.f==（float）（int）fIⅡ.f==（float）（double）fⅣ.（d+f）-d=fA.僅I、ⅡB.僅I、ⅢC.僅Ⅱ、ⅢD.僅Ⅲ、Ⅳ6、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.19B.18C.17D.167、下列關(guān)于ROM和RAM的說法中，錯誤的是（）。I.CD-ROM是ROM的一種，因此只能寫入一次ⅡFlash快閃存儲器屬于隨機(jī)存取存儲器，具有隨機(jī)存取的功能Ⅲ.RAM的讀出方式是破壞性讀出，因此讀后需要再生IV.SRAM讀后不需要刷新，而DRAM讀后需要刷新A.I、ⅡB.I、Ⅲ、ⅣC.Ⅱ、ⅢD.I、Ⅱ、lⅢ8、指令寄存器的位數(shù)取決（）。A.存儲器的容量B.指令字長C.機(jī)器字長人D.存儲字長9、假定機(jī)器M的時鐘頻率為200MHz，程序P在機(jī)器M上的執(zhí)行時間為12s。對P優(yōu)化時，將其所有乘4指令都換成了一條左移兩位的指令，得到優(yōu)化后的程序P。若在M上乘法指令的CPl為102，左移指令的CPl為z，P的執(zhí)行時間是P”執(zhí)行時間的1.2倍，則P中的乘法指令條數(shù)為（）。A.200萬B.400萬C.800萬D.1600萬10、總線的數(shù)據(jù)傳輸速率可按公式Q=Wf/N計算，其中Q為總線數(shù)據(jù)傳輸速率，W為總線數(shù)據(jù)寬度（總線位寬/8），f為總線時鐘頻率，N為完成一次數(shù)據(jù)傳送所需的總線時鐘周期個數(shù)。若總線位寬為16位，總線時鐘頻率為8MHz，完成一次數(shù)據(jù)傳送需2個總線時鐘周期，則總線數(shù)據(jù)傳輸速率Q為（）。A.16Mbit/sB.8Mbit/sC.16MB/sD.8MB/s11、內(nèi)部總線（又稱片內(nèi)總線）是指（）。A.CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線B.CPU和計算機(jī)系統(tǒng)的其他高速功能部件之間互相連接的總線C.多個計算機(jī)系統(tǒng)之間互相連接的總線D.計算機(jī)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間互相連接的總線12、從一條指令的啟動到下一條指令啟動的時間間隔稱為（）A.時鐘周期B.機(jī)器周期C.節(jié)拍D.指令周期13、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14、在統(tǒng)一編址的方式下，存儲單元和I/O設(shè)備是靠（）米區(qū)分的。A.不同的地址碼B.不同的地址線C.不同的指令D.不同的數(shù)據(jù)線15、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.CPUD.主存二、填空題16、一個定點(diǎn)數(shù)由_______和_______兩部分組成。17、存儲器的技術(shù)指標(biāo)有存儲容量、存取時間、________和________、18、當(dāng)今的CPU芯片除了包括定點(diǎn)運(yùn)算器和控制器外，還包括_______、_______運(yùn)算器和_______管理等部件。19、一位十進(jìn)制數(shù)，用BCD碼表示需要________位二進(jìn)制碼，用ASCII碼表示需要________位二進(jìn)制碼。20、多媒體CPU是帶有_______技術(shù)的處理器，它是一種多媒體擴(kuò)展結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別適合于_______處理。21、并行I/O接口______和串行I/O接口______是目前兩個最具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)。22、尋址方式按操作數(shù)的物理位置不同，多使用________型和________型，前者比后者執(zhí)行速度快。23、相聯(lián)存儲器是按_________訪問的存儲器，在cache中用來存放_________，在虛擬存儲器中用來存放_________.24、直接內(nèi)存訪問（DM）方式中，DM控制器從CPU完全接管對_______的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和_______之間進(jìn)行。25、存儲器和CPU連接時，要完成______的連接；______的連接和_______的連接，方能正常工作。三、名詞解釋題26、條件轉(zhuǎn)移：27、波特率：28、機(jī)器零：29、RLL碼：四、簡答題30、什么是存儲保護(hù)？通常采用什么方法？31、同步通信方式：何謂存儲總線？何謂I/O總線？各有何特點(diǎn)？32、試比較程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式對CPU工作效率的影響。33、一個較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾類？五、計算題34、設(shè)某機(jī)主存容量為16MB，Cache的容量為8KB，且按字節(jié)編址。每字塊8個字，每字32位。設(shè)計一個4路組相聯(lián)映射的Cache組織。1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。2）設(shè)Cache初態(tài)為空，CPU依次從主存0，1，2，…，99號單元中讀出100個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)此次序10次，問命中率是多少？3）若Cache速度是主存速度的5倍，試問有Cache和無Cache相比，速度提高多少倍？4）系統(tǒng)的效率是多少？35、用一個時鐘頻率為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)所需的時鐘周期見表。試求出有效的CPI、MIPS速率和程序的執(zhí)行時間（假設(shè)有N條指令）。36、某磁盤存儲器轉(zhuǎn)速為3000r/min，共有4個記錄面，5道/mm，每道記錄信息為12288B，最小磁道直徑為230mm，共有275道。試問：1）磁盤存儲器的容量是多少？2）最高位密度與最低位密度是多少？3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？4）平均等待時間是多少？5）給出一個磁盤地址格式方案。六、綜合題37、設(shè)浮點(diǎn)數(shù)字長32位，其中階碼部分8位（含l位階符），尾數(shù)部分24位（含1位數(shù)符），當(dāng)階碼的基值分別是2和16時：1）說明基值2和16在浮點(diǎn)數(shù)中如何表示。2）當(dāng)階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示，且尾數(shù)采用規(guī)格化形式時，給出這兩種情況下所能表示的最大正數(shù)真值和非零最小正數(shù)真值。3）在哪種基值情況下，數(shù)的表示范圍大？4）兩種基值情況下，對階和規(guī)格化操作有何不同？38、某計算機(jī)字節(jié)長為16位，主存地址空間大小為128KB，按字編址。采用單字長指令格式，指令各字段定義如圖所示。151211650OPMxR1MdRd源操作數(shù)目的操作數(shù)轉(zhuǎn)移指令采用相對尋址方式，相對偏移用補(bǔ)碼表示，尋址方式的定義見表尋址方式的定義My/Md尋址方式助記符含義000B寄存器直接Rn操作數(shù)=（Rn）001B寄存器間接（Rn）操作數(shù)=（（Rn））010B寄存器間接、自增（Rn）+操作數(shù)=（（Rn）），（Rn）+1→Rn011B相對D（Rn）轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址=（PC）+（Rn）回答下列問題：1）該指令系統(tǒng)最多可有多少指令？該計算機(jī)最多有多少個通用寄存器？存儲地址寄存器（MAR）和存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）至少各需要多少位？2）轉(zhuǎn)移指令的目標(biāo)地址范圍是多少？3）若操作碼0010B表示加法操作（助記符為add），寄存器R4和R5的編號分別為100B和101B，R4的內(nèi)容為1234H，R5的內(nèi)容為5678H，地址1234H中的內(nèi)容為5678H，地址5678H中的內(nèi)容為1234H，則匯編語句“add（R4），（R5）+”（逗號前為源操作數(shù)，逗號后為目的操作數(shù)）對應(yīng)的機(jī)器碼是什么（用十六進(jìn)制表示）？該指令執(zhí)行后，哪些寄存器和存儲單元中的內(nèi)容會改變？改變后的內(nèi)容是什么？39、某程序中有如下循環(huán)代碼段p：“for（inti=0；i<N；i++）sum+=A[i]；”。假設(shè)編譯時變量sum和i分別分配在寄存器R1和R2中。常量N在寄存器R6中，數(shù)組A的首地址在寄存器R3中。程序段P起始地址為08048100H，對應(yīng)的匯編代碼和機(jī)器代碼見下表。執(zhí)行上述代碼的計算機(jī)M采用32位定長指令字，其中分支指令bne采用如下格式：OP為操作碼：Rs和Rd為寄存器編號：OFFSET為偏移量，用補(bǔ)碼表示。請回答下列問題，并說明理由。1）M的存儲器編址單位是什么？2）已知sll指令實(shí)現(xiàn)左移功能，數(shù)組A中每個元素占多少位？3）表中bne指令的OFFSET字段的值是多少？已知bne指令采用相對尋址方式，當(dāng)前，PC內(nèi)容為bne指令地址，通過分析題表中指令地址和bne指令內(nèi)容，推斷出bne指令的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址計算公式。4）若M采用如下“按序發(fā)射、按序完成”的5級指令流水線：IF（取指）、ID（譯碼及取數(shù)）、EXE（執(zhí)行）、MEM（訪存）、WB（寫回寄存器），且硬件不采取任何轉(zhuǎn)發(fā)措施，分支指令的執(zhí)行均引起3個時鐘周期的阻塞，則P中哪些指令的執(zhí)行會由于數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生流水線阻塞？哪條指令的執(zhí)行會發(fā)生控制冒險？為什么指令1的執(zhí)行不會因?yàn)榕c指令5的數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生阻塞？

參考答案一、選擇題1、C2、D3、D4、B5、B6、A7、D8、B9、B10、D、11、A12、D13、D14、A15、A二、填空題16、符號位數(shù)值域17、存儲周期存儲器帶寬18、cache浮點(diǎn)存儲19、4720、MMX圖像數(shù)據(jù)21、SCSIIEEE139422、RRRS23、內(nèi)容行地址表段表、頁表和快表24、總線I/O設(shè)備（或輸入輸出設(shè)備）25、順序?qū)ぶ贩绞教S尋址方式三、名詞解釋題26、條件轉(zhuǎn)移：一種轉(zhuǎn)移指令類型，根據(jù)計算機(jī)中的狀態(tài)決定是否轉(zhuǎn)移。27、波特率：碼元傳輸速率，每秒通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)。（傳的是信號）28、機(jī)器零：在浮點(diǎn)數(shù)據(jù)編碼中，階碼和尾數(shù)都全為0時代表的0值。29、RLL碼：游程長度受限碼，將原始數(shù)據(jù)序列變換成四、簡答題30、答：當(dāng)多個用戶共享主存時，為使系統(tǒng)能正常工作，應(yīng)防止由于一個用戶程序出錯而破壞其它用戶的程序和系統(tǒng)軟件，還要防止一個用戶程序不合法的訪問不是分給它的主存區(qū)域。為此，系統(tǒng)提供存儲保護(hù)。通常采用的方法是：存儲區(qū)域保護(hù)和訪問方式保護(hù).31、答：（1）存儲總線是連接CPU和主存儲器之間的專用總線，速度高.（2）I/O總線是連接主機(jī)（CPU、M）與IO設(shè)備之間的總線，可擴(kuò)展性好。32、答：程序查詢方式使CPU和I/0設(shè)備處于串行工作狀態(tài)，CPU工作效率不高程序中斷方式CPU效率較高DMA方式進(jìn)一步提高了CPU的資源利用率，33、答：包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、程序控制指令、輸入輸出指令、堆棧指令、字符串指令、特權(quán)指令等。五、計算題34、解析：1）主存地址字段如圖所示。2）由于Cache初態(tài)為空，因此CPU讀0號單元時不命中，必須訪存，同時將該字所在的主存塊調(diào)入Cache（調(diào)入內(nèi)存一定是一整塊調(diào)入，而一塊包括8個單元），接著CPU讀1~7號單元均命中。同理，CPU讀8，16，…，96號單元均不命中。可見，CPU在連續(xù)讀100個字中共有13次未命中，而后9次循環(huán)讀100個字全部命中，命中率為100×10-13100×103）設(shè)主存存儲周期為5t，Cache的存儲周期為t，沒有Cache的訪問時間是5t×l000，有Cache存儲周期為t×（1000-13）+5t×13，則有Cache和無Cache相比，速度提高的倍數(shù)為5t×10004）系統(tǒng)的效率為t35、解：CPI即執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期數(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)。已知處理器的時鐘頻率為40MHz，即每秒包含40M個時鐘周期，故MIPS=40/CPl=40/2.24≈17.9程序執(zhí)行時間自然就等于程序包含的指令數(shù)×CP1x時鐘周期的長度，故程序執(zhí)行時間=N×2.24×1/40MHz=5.6N×10-8s36、解析：1）每道記永信息容最=12288B，每個記錄面信息容量=275×12288B.共有4個記求面，所以磁盤存儲器的容量=4×275×12288B=13516800B。2）假設(shè)最高位密度為D1（即最內(nèi)圈磁道的位密度），D1=每道信息量：內(nèi)圈圓周長=12288B：（π×最小磁道直徑）=17B/mm。假設(shè)最低位密度為D2（即最外圈磁道的位密度），最大磁道半徑=最小磁道半徑+（275÷5）=115mm+55mm=170mm.故D2=每道信息量÷外圈閱周長=12288B+（π×最小磁道直徑）=11.5B/mm.3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率C=轉(zhuǎn)速×每道信息容量，轉(zhuǎn)速r=3000/60r/s=50r/s.每道信息容量=12288B，故C=50×12288B=614400B/s4）平均等待時間=12r=12×50r/s5）磁盤地址格式為：柱面（磁道）號，磁頭（盤面）號，扇區(qū)號。因?yàn)槊總€記錄面有275個磁道，故磁道號占9位，又因?yàn)橛?個記錄面，故盤面號占2位。假定每個扇區(qū)記錄1024個字節(jié)，則需要1288B÷1024B=12個扇區(qū)，扇區(qū)號占4位.六、綜合題37、解析：1）基值2和16在浮點(diǎn)數(shù)中是隱含表示的，并不出現(xiàn)在浮點(diǎn)數(shù)中。2）最大正數(shù)，也就是，尾數(shù)最大且規(guī)格化，階碼最大的數(shù)；最小正數(shù)，也就是，尾數(shù)最小且規(guī)格化（t為基值時，尾數(shù)的最高log2t位不全為0的數(shù)為規(guī)格化數(shù)），階碼最小的數(shù)。當(dāng)階碼的基值是2時，最大正數(shù)：0.111111l：0，11…1，真值是（1-2-23）×2127；最小正數(shù)：1，0000000：0，10…0，真值是2-129。當(dāng)階碼的基值是16時，最大正數(shù)：0.111111；0，11…1，真值是（1-2-23）×16127：最小正數(shù)：1，0000000：0，0001.0，真值是16-1293）在浮點(diǎn)數(shù)表示中，基值越大，表示的浮點(diǎn)數(shù)范圍就越大，所以基值為16的浮點(diǎn)數(shù)表示范圍大。4）對階時，需要小階向大階看齊，若基值為2的浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)右移一位，階碼加1：而基值為16的浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)右移4位，階碼加1。格式化時，若基值為2的浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)最高有效位出現(xiàn)0，則需要尾數(shù)向末移動一位，階碼減1：而基值為16的浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)最高4位有效位全為0時，才需要尾數(shù)向左移動，每移動4位，階碼減1。38、解析：1）指令操作碼占4位，則該指令系統(tǒng)最多可以有24=16條指令。由于指令操作數(shù)占6位，其中3位指示尋址方式，寄存器編號占3位，因此該計算機(jī)最多可以有23=8個通用寄存器。由于計算機(jī)字長為16位，因此存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）至少為16位。主存空間為128KB，按字（l6位）編址，尋址范圍為0~64K，存儲器地址寄存器（MAR）需16位（216=64K）。2）寄存器為16位，指令中可尋址范圍至少可達(dá)0~216-1。主存地址空間為216=64K，尋址范