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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
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