杭電計(jì)算機(jī)組成原理2013-2014-2-A卷.doc

座位號(hào)：杭州電子科技大學(xué)學(xué)生考試卷（A）卷考試課程計(jì)算機(jī)組成原理（甲）考試日期成 績(jī)課程號(hào)教師號(hào)任課教師姓名考生姓名學(xué)號(hào)（8位）年級(jí)專業(yè)所有試題均做在答題紙上，否則不計(jì)分！題號(hào)一二三四五總分12/3分?jǐn)?shù)202015201015100得分答題紙一、 單項(xiàng)選擇題（20分，每題1分，按小標(biāo)號(hào)填寫答案）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）（17）（18）（19）（20）二、 計(jì)算填空題（20分，每空1分）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）（17）（18）（19）（20）三、 簡(jiǎn)答題（15分，每題5分）四、 計(jì)算題（20分）五、 綜合設(shè)計(jì)題（25分）3（2）表4 指令w_r_simm_srt_imm_swr_data_sALU_OPWrite_RegMem_WritePC_saddi rt, rs, imm試題一、 單項(xiàng)選擇題（20分，每空1分）1、 下列選項(xiàng)中，描述CPU運(yùn)算能力的MIPS單位含義是：（1）。A千萬(wàn)指令每秒 B百萬(wàn)指令每秒 C萬(wàn)指令每秒 D百萬(wàn)浮點(diǎn)運(yùn)算每秒2、 位二進(jìn)制補(bǔ)碼所能表示的整數(shù)范圍為（2）。A-256255B-256256C-255255D-2552563、 碼距為（3）的校驗(yàn)碼具備檢出錯(cuò)誤和糾正一位錯(cuò)誤的能力。A0B1C2D34、 在漢字系統(tǒng)中存在下面幾種編碼，漢字庫(kù)中存放的是（4）。A漢字輸入碼B漢字內(nèi)碼C漢字交換碼D漢字字模碼5、 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)8位，若機(jī)器數(shù)11H為補(bǔ)碼，則算術(shù)左移一位后為（5），算術(shù)右移一位后為 （6） 。A44HB22HC88HD08H E.20H6、 指令格式中，（7）字段用來(lái)指明指令所要完成操作。A微指令B操作數(shù)C地址碼D操作碼7、 微程序控制器特點(diǎn)是（8） 。A.指令執(zhí)行速度慢，指令功能的修改和擴(kuò)展容易 B.指令執(zhí)行速度慢，指令功能的修改和擴(kuò)展難 C.指令執(zhí)行速度快，指令功能的修改和擴(kuò)展容易 D.指令執(zhí)行速度快，指令功能的修改和擴(kuò)展難8、 浮點(diǎn)機(jī)器數(shù)的符號(hào)（數(shù)符）由（9）來(lái)決定。A尾數(shù)的符號(hào)B階碼的符號(hào)C階碼的底D隱含決定9、 某機(jī)采用二級(jí)流水線組織，第一級(jí)為取指令、譯碼，需要200ns完成操作；第二級(jí)為執(zhí)行周期，一部分指令能在180ns內(nèi)完成，另一些指令要360ns才能完成，如果采用同步控制方式則機(jī)器周期應(yīng)選（10）。 A180ns B190ns C200ns D360ns10、 某計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，主存地址空間大小為32MB，現(xiàn)用4M*8位的RAM芯片組建主存儲(chǔ)器，則計(jì)算機(jī)地址寄存器AR的位數(shù)是（11）。A22位 B23位 C25位 D26位11、 若階碼的底為2，則規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)M應(yīng)滿足條件（12）A1/2 | M| B. 1/2 = |M| M| D. 1 | M|12、 以下存儲(chǔ)器中，（13）是數(shù)據(jù)掉電丟失的。AFLASH BEPROM CSRAM DE2PROM13、 微程序控制器中，一條機(jī)器指令通常是由（14）來(lái)解釋執(zhí)行的。A一段微程序B一個(gè)微命令C一條微指令D一個(gè)微操作14、 寄存器尋址方式中，操作數(shù)在（15） 中。A程序計(jì)數(shù)器 B堆棧 C寄存器 D主存15、 假定用若干個(gè)1K*8位的芯片組成一個(gè)8K*8位的存儲(chǔ)器，則地址0910H所在芯片的起始地址是（16）。A0000H B0600H C0700H D0800H16、 控制器取指令過(guò)程中，指令地址是由（18）提供的。APC寄存器 BAR寄存器 C基址寄存器 DIR寄存器17、 定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過(guò) （19） 來(lái)實(shí)現(xiàn)。A原碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器 B補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器C原碼運(yùn)算的十進(jìn)制加法器 D補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制加法器18、 假設(shè)一補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)為10000000，則其十進(jìn)制真值是（20）。A128B127C128D127E 0二、 計(jì)算填空題（20分，每空1分）1、 在CPU執(zhí)行的一段時(shí)間內(nèi)，Cache完成存取的次數(shù)為3900次，主存完成的存取次數(shù)為100次，已知Cache的存儲(chǔ)周期為15ns，主存的存儲(chǔ)周期為75ns。則Cache的命中率為（1），Cache/主存系統(tǒng)的平均訪問(wèn)時(shí)間為（2）ns，Cache/主存系統(tǒng)的效率為（3）。2、 設(shè)主存容量16MB，存儲(chǔ)器按字節(jié)編址；Cache容量32KB，每塊16B，Cache按照4路組相聯(lián)方式組織，則主存地址有（4）位；其中“標(biāo)記”字段（5）位，Cache組地址（6）位，塊內(nèi)地址（7）位；主存地址111634H映射到Cache的（8）組。3、 設(shè)某8位計(jì)算機(jī)指令格式如下：OP（4位）MOD（2位）RD（2位）ADDR/ DATA / DISP其中，RD為源/目的寄存器號(hào)，MOD為尋址方式碼字段，指令第二字為地址、數(shù)據(jù)或偏移量；源操作數(shù)由MOD字段和指令第二字共同確定。除了HALT指令為單字指令外，其他指令均為雙字指令；操作碼字段解釋見(jiàn)表1-1，MOD字段解釋見(jiàn)表1-2，RD字段解釋見(jiàn)表1-3 。表1-1指令助記符操作碼指令助記符操作碼MOV0000SBB0100ADD0001JMP1000SUB0010AND0011HALT1111表1-2 表1-3MOD尋址方式RD寄存器00立即尋址00R001直接尋址01R110 變址尋址(SI)10R211間接尋址11R3 指令A(yù)DD R1，(40H) 的功能：R1 = (40H)+R1；指令使用間接尋址，則該指令機(jī)器碼第一字節(jié)為（9）H，第二字節(jié)為（10）H。內(nèi)存地址的部分單元內(nèi)容如表2，若（PC）20H，變址寄存器（SI）10H，則此時(shí)啟動(dòng)程序執(zhí)行，則程序執(zhí)行的前三條指令如表3，請(qǐng)?zhí)顚懲暾?。?單元地址內(nèi)容單元地址內(nèi)容單元地址內(nèi)容10H80H20H10H24HF0H11H90H21H11H25H03H12H10H22H05H26HF0H13H11H23H12H27H20H表3指令序號(hào)助記符尋址方式源操作數(shù)執(zhí)行結(jié)果1（11）（12）（13）2（14）（15）（16）3（17）（18）（19）（20）三、 簡(jiǎn)答題（15分，每題5分）1. （5分）簡(jiǎn)述RISC指令系統(tǒng)的特點(diǎn)。2. （5分）簡(jiǎn)述控制器的功能和主要組成部件。3. （5分）從計(jì)算機(jī)組成的角度，談?wù)勀銓?duì)計(jì)算機(jī)工作過(guò)程的理解。四、計(jì)算題 （20分）1. （4分）設(shè)浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階碼5位，包含一位符號(hào)位，尾數(shù)7位，包含一位符號(hào)位，階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示，排列順序?yàn)椋弘A符（1位）階碼（4位）數(shù)符（1位）尾數(shù)（6位）則按上述浮點(diǎn)數(shù)的格式：若（X）10 = 9/32，（Y）10= -1.75，求X和Y的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)表示形式。 2. （6分）在上題基礎(chǔ)上，使用規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)，計(jì)算X+Y，寫出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果。 3. （10分）若某機(jī)器指令長(zhǎng)16位，指令中每個(gè)操作數(shù)地址碼長(zhǎng)4位，采用擴(kuò)展碼技術(shù)：（1）（6分）設(shè)計(jì)一個(gè)指令系統(tǒng)，三地址指令12條，兩地址指令50條，單地址指令20條，沒(méi)有零地址指令；寫出編碼方案；（2）（4分）假設(shè)指令系統(tǒng)有三地址指令M條，兩地址指令N條，沒(méi)有零地址指令。問(wèn)：該指令系統(tǒng)最多有多少條一地址指令？五、綜合設(shè)計(jì)題（25分，第2題和第3題二選一）1（10分）某CPU地址總線16位，數(shù)據(jù)總線8位，CPU 的控制信號(hào)線有：MREQ#（存儲(chǔ)器訪問(wèn)請(qǐng)求，低電平有效），R/W#（讀寫控制，低電平為寫信號(hào)，高電平為讀信號(hào)）。若用若干個(gè)8K4位的SRAM芯片形成32K8位的RAM存儲(chǔ)區(qū)域，起始地址為2000H，假設(shè)SRAM芯片有CS#（片選，低電平有效）和WE#（寫使能，低電平有效）信號(hào)控制端；試寫出RAM的地址范圍，并畫出SRAM與CPU的連接圖（請(qǐng)標(biāo)明SRAM芯片個(gè)數(shù)、譯碼器的輸入輸出線、地址線、數(shù)據(jù)線、控制線及其連接）。以下2、3兩題二選一：2（15分）某8位模型機(jī)采用微程序控制器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中MEM為主存，R0R3是通用寄存器。各部件的控制信號(hào)均已標(biāo)出，控制信號(hào)的命名準(zhǔn)則是：符號(hào)前的是數(shù)據(jù)發(fā)送方部件，符號(hào)后的是數(shù)據(jù)接收方部件， 并且控制信號(hào)中的B表示總線；J1#控制指令譯碼，其他讀寫信號(hào)具有普通意義。（1）（4分）圖1中有28個(gè)微操作控制信號(hào)，其中J1J5是用于轉(zhuǎn)移的判別測(cè)試條件。在微指令中，控制字段采用直接控制法，判別測(cè)試字段采用譯碼法編碼，下址字段8位，則該模型機(jī)的控制存儲(chǔ)器容量是多少？（2）（4分）模型機(jī)的某條指令的微程序流程圖如圖2所示，寫出該條指令的功能、尋址方式、指令第二字的含義。（3）（2分）寫出MemIR微指令應(yīng)該發(fā)送的微操作控制信號(hào)。（4）（5分）根據(jù)圖1所示的數(shù)據(jù)通路，寫出ADDDR,data指令的微程序流程圖，指令功能為（DR）dataDR。圖1 模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖圖2 微程序流程圖3（15分）為實(shí)現(xiàn)MIPS核心指令子集，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其單周期CPU的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路如圖3所示。假設(shè)在其上實(shí)現(xiàn)一條I型指令addi rt, rs, imm，功能是（rs）+immrt，即帶符號(hào)數(shù)的立即數(shù)加法指令：（1） （5分）寫出指令addi在機(jī)器上執(zhí)行的過(guò)程；（2） （5分）為實(shí)現(xiàn)addi指令的數(shù)據(jù)通路，寫出譯碼與控制單元所需