計算機組成原理試題及答案.doc

計算機組成原理試題及答案一、填空（12分）1. 某浮點數(shù)基值為2，階符1位，階碼3位，數(shù)符1位，尾數(shù)7位，階碼和尾數(shù)均用補碼表示，尾數(shù)采用規(guī)格化形式，用十進制數(shù)寫出它所能表示的最大正數(shù) ，非0最小正數(shù) ，最大負(fù)數(shù) ，最小負(fù)數(shù) 。2. 變址尋址和基址尋址的區(qū)別是：在基址尋址中，基址寄存器提供 ， 指令提供 ； 而在變址尋址中，變址寄存器提供 ，指令提供 。3. 影響流水線性能的因素主要反映在 和 兩個方面。4. 設(shè)機器數(shù)字長為16位（含1位符號位）。若1次移位需10ns，一次加法需10ns，則補碼除法需 時間，補碼BOOTH算法最多需要 時間。5. CPU從主存取出一條指令并執(zhí)行該指令的時間叫 ，它通常包含若干個 ，而后者又包含若干個 。 組成多級時序系統(tǒng)。二、名詞解釋(8分)1. 微程序控制2. 存儲器帶寬3. RISC4. 中斷隱指令及功能三、簡答（18分）1. 完整的總線傳輸周期包括哪幾個階段？簡要敘述每個階段的工作。2. 設(shè)主存容量為1MB，Cache容量為16KB，每字塊有16個字，每字32位。 (1)若Cache采用直接相聯(lián)映像，求出主存地址字段中各段的位數(shù)。(2)若Cache采用四路組相聯(lián)映像，求出主存地址字段中各段的位數(shù)。3. 某機有五個中斷源，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先順序由高到低為L0,L1,L2,L3,L4，現(xiàn)要求優(yōu)先順序改為L3,L2,L4,L0,L1，寫出各中斷源的屏蔽字。中斷源屏蔽字0 1 2 3 4L0L1L2L3L44. 某機主存容量為4M16位，且存儲字長等于指令字長，若該機的指令系統(tǒng)具備120種操作。操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、立即、相對四種尋址方式。（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；（3）一次間址的尋址范圍；（4）相對尋址的尋址范圍。四、（6分）設(shè)階碼取3位，尾數(shù)取6位（均不包括符號位），按浮點補碼運算規(guī)則計算25 + 24五、畫出DMA方式接口電路的基本組成框圖，并說明其工作過程（以輸入設(shè)備為例）。（8分）六、（10分）設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用作訪存控制信號，用作讀寫控制信號，現(xiàn)有下列存儲芯片：RAM：1K8位、2K4位、4K8位ROM：2K8位、4K8位以及74138譯碼器和各種門電路（自定），畫出CPU與存儲器連接圖。要求：（1）最大4K地址空間為系統(tǒng)程序區(qū)，與其相鄰2K地址空間為用戶程序區(qū)。（2）合理選用上述存儲芯片，說明各選幾片？寫出每片存儲芯片的地址范圍。（3）詳細(xì)畫出存儲芯片的片選邏輯。 允許輸出允許寫74138七、假設(shè)CPU在中斷周期用堆棧保存程序斷點，且進棧時棧指針減一，出棧時棧指針加一。試寫出中斷返回指令（中斷服務(wù)程序的最后一條指令），在取指階段和執(zhí)行階段所需的全部微操作命令及節(jié)拍安排。若采用微程序控制，則還需要增加哪些微操作。（10分）八、除了采用高速芯片外，從計算機的各個子系統(tǒng)的角度分析，指出6種以上提高整機速度的措施。（8分）計算機組成原理試題答案一、填空（12分）1127；1/512；-1/512-1/32768；-128。2基地址；形式地址；基地址；形式地址。3訪存沖突；相關(guān)問題。4300ns；310ns。5指令周期；機器周期；節(jié)拍。二、名詞解釋(8分)1微程序控制答：采用與存儲程序類似的方法來解決微操作命令序列的形成，將一條機器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條指令包含一個或多個微操作命令。2存儲器帶寬答：每秒從存儲器進出信息的最大數(shù)量，單位可以用字/秒或字節(jié)/秒或位/秒來表示。3RISC答：RISC是精簡指令系統(tǒng)計算機，通過有限的指令條數(shù)簡化處理器設(shè)計，已達到提高系統(tǒng)執(zhí)行速度的目的。4中斷隱指令及功能答：中斷隱指令是在機器指令系統(tǒng)中沒有的指令，它是CPU在中斷周期內(nèi)由硬件自動完成的一條指令，其功能包括保護程序斷點、尋找中斷服務(wù)程序的入口地址、關(guān)中斷等功能。三、簡答（18分）1答：總線在完成一次傳輸周期時，可分為四個階段： 申請分配階段：由需要使用總線的主模塊（或主設(shè)備）提出申請，經(jīng)總線仲裁機構(gòu)決定下一傳輸周期的總線使用權(quán)授于某一申請者； 尋址階段：取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模塊（或從設(shè)備）的存儲地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動參與本次傳輸?shù)膹哪K； 傳數(shù)階段：主模塊和從模塊進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊； 結(jié)束階段：主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。2答：（1）若Cache采用直接相聯(lián)映像：字塊中含64個字節(jié)，字塊的位數(shù)為b=6。Cache中含有256個字塊，所以字塊地址位數(shù)c=8。主存容量為1M字節(jié)，總位數(shù)為20。主存字塊標(biāo)記位數(shù)t=6。（2）若Cache采用四路組相聯(lián)映像，字塊中含64個字節(jié)，字塊的位數(shù)為b=6。每組含有四個字塊，每組含256個字節(jié)。Cache中含有64個字塊，所以組地址位數(shù)q=6。主存容量為1M字節(jié)，總位數(shù)為20。主存字塊標(biāo)記位數(shù)t=8。3答：設(shè)屏蔽位為“1”時表示對應(yīng)的中斷源被屏蔽，屏蔽字排列如下：中斷源屏蔽字0 1 2 3 4L0L1L2L3L4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 04答：（1）指令字長16位，操作碼為7位，尋址特征位2位，地址碼7位；（2）-6463；（3）216；（4）216四、（6分）答：被加數(shù)為0,101;0.100100，x補 = 00,101; 00.100100加數(shù)為0,100;1.010100，y補 = 00,100; 11.010100（1）對階：j補 = jx補- jy補 = 00,101 + 11,100 = 00,001即j = 1，則y的尾數(shù)向右移一位，階碼相應(yīng)加1，即y補= 00,101; 11.101010 求和 += +Sy補 = 00.100100 + 11.101010 = 00.001110即 x+y補 = 00,101; 00.001110尾數(shù)出現(xiàn)“00.0”，需左規(guī)。 規(guī)格化 左規(guī)后得 x+y補 = 00,011; 00.111000x+y補 = 00,111; 00.111000五、（8分）答：DMA方式接口電路的基本組成框圖如下：以數(shù)據(jù)輸入為例，具體操作如下： 從設(shè)備讀入一個字到 DMA 的數(shù)據(jù)緩沖寄存器 BR 中，表示數(shù)據(jù)緩沖寄存器“滿”（如果I/O 設(shè)備是面向字符的，則一次讀入一個字節(jié)，組裝成一個字）； 設(shè)備向DMA接口發(fā)請求（DREQ）； DMA接口向CPU申請總線控制權(quán)（HRQ）； CPU發(fā)回HLDA信號，表示允許將總線控制權(quán)交給DMA接口； 將DMA主存地址寄存器中的主存地址送地址總線； 通知設(shè)備已被授予一個 DMA 周期（DACK），并為交換下一個字做準(zhǔn)備； 將DMA數(shù)據(jù)緩沖寄存器的內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線； 命令存儲器作寫操作； 修改主存地址和字計數(shù)值； 判斷數(shù)據(jù)塊是否傳送結(jié)束，若未結(jié)束，則繼續(xù)傳送；若己結(jié)束，（字計數(shù)器溢出），則向CPU申請程序中斷，標(biāo)志數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束。六、（10分）方法一：答：地址空間描述如下：ROM對應(yīng)的空間：11111111111111111111000000000000RAM對應(yīng)的空間：11101111111111111110100000000000選擇ROM芯片為2K8位的兩片，RAM芯片為2K4位的兩片ROM芯片1：11111111111111111111100000000000ROM芯片2：11110111111111111111000000000000RAM芯片1、2：（位擴展）11101111111111111110100000000000CPU與存儲器連接圖見下頁：方法二：答：地址空間描述如下：ROM對應(yīng)的空間：11111111111111111111000000000000RAM對應(yīng)的空間：11101111111111111110100000000000選擇ROM芯片為4K8位的一片，RAM芯片為2K4位的兩片七、（10分）答：組合邏輯設(shè)計的微操作命令：取指：T0：PC MART1：MMAR MDR, PC+1 PCT2：MDR IR, OPIR 微操作形成部件執(zhí)行：T0：SP MART1：MMAR MDRT2：MDR PC, SP+1 SP微程序設(shè)計的微操作命令：取指微程序：T0：PC MART1：AdCMIR CMART2：MMAR MDR, PC+1 PCT3：AdCMIR CMART4：MDR IR, OPIR 微操作形成部件T5：OPIR CMAR中斷返回微程序：T0：SP MART1：AdCMIR CMART2：MMAR MDRT3：AdCMIR CMART4：MDR PC, SP+1 SPT5：AdCMIR CMAR八、（8分）答：針對存儲器，可以采用Cache-主存層次的設(shè)計和管理提高整機的速度；針對存儲器，可以采用主存-輔存層次的設(shè)計和管理提高整機的速度；針對控制器，可以通過指令流水或超標(biāo)量設(shè)計技術(shù)提高整機的速度；針對控制器，可以通過超標(biāo)量設(shè)計技術(shù)提高整機的速度；針對運算器，可以對運算方法加以改進，如進位鏈、兩位乘除法；針對I/O系統(tǒng)，可以運用DMA技術(shù)來減少CPU對外設(shè)訪問的干預(yù)。1設(shè)x補=x0.x 1x2xn 。求證：x補=2 x 0+ x，其中 0 （1 X 0）x 0= 1 （0 X -1）2某機字長32位，定位表示，尾數(shù)31位，數(shù)符1位，問：(1) 定點原碼整數(shù)表示時，最大正數(shù)是多少？最小負(fù)數(shù)是多少？(2) 定點原碼小數(shù)表示時，最大正數(shù)是多少？最小負(fù)數(shù)是多少？3如圖B17.1表示用快表（頁表）的虛實地址轉(zhuǎn)換條件，快表放在相聯(lián)存貯器中，其容量為8個存貯單元，問：（1）CPU按虛地址1去訪問主存時主存的實地址碼是多少？（2）當(dāng)CPU按虛地址2去訪問主存時主存的實地址碼是多少？（3）當(dāng)CPU按虛地址3去訪問主存時主存的實地址碼是多少？ 4某機有8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微指令控制信號如表所示， a-j分別對應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號，假設(shè)一條微指令的控制字段為8位，請安排微指令的控制字段格式。 5CD-ROM光盤的外緣有5mm寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標(biāo)準(zhǔn)的播放時間為60分鐘。計算模式1和模式2情況下光盤存儲容量是多少？ 6如圖所示的系統(tǒng)中斷機構(gòu)是采用多級優(yōu)先中斷結(jié)構(gòu)，設(shè)備A連接于最高優(yōu)先級，設(shè)備B次之，設(shè)備C又次之。要求CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令時轉(zhuǎn)而對中斷請求進行服務(wù)，現(xiàn)假設(shè)：TDC為查詢鏈中每個設(shè)備的延遲時間，TA、TB、TC分別為設(shè)備A、B、C的服務(wù)程序所需的執(zhí)行時間，TS、TR為保存現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場所需時間。試問：在此環(huán)境下，此系統(tǒng)在什么情況下達到中斷飽和？即在確保請求服務(wù)的三個設(shè)備都不會丟失信息的條件下，允許出現(xiàn)中斷的極限頻率有多高？注意，“中斷允許”機構(gòu)在確認(rèn)一個新中斷之前，先要讓即將被中斷的程序的一條指令執(zhí)行完畢。7、已知 x = - 0.01111 ，y = +0.11001，求 x 補 ， -x 補 ， y 補 ， -y 補 ，x + y = ？ ，x y = ？8.某計算機字長16位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有64條指令，試采用四種尋址方式（立即、直接、基值、相對）設(shè)計指令格式。9假設(shè)某計算機的運算器框圖如圖所示，其中ALU為16位的加法器（高電平工作），SA 、SB為16位鎖存器，4個通用寄存器由D觸發(fā)器組成，O端輸出，其讀寫控制如下表所示： 讀控制 R0 RA0RA1選擇 1 1 1 1 0 0 0 1 1 x 0 1 0 1 x R0 R1 R2 R3 不讀出 寫控制 W WA0WA1選擇 1 1 1 1 0 0 0 1 1 x 0 1 0 1 xR0R1R2R3不寫入 要求：（1）設(shè)計微指令格式。 （2）畫出ADD，SUB兩條微指令程序流程圖。10.畫出單機系統(tǒng)中采用的三種總線結(jié)構(gòu)。11集中式仲裁有幾種方式？畫出獨立請求方式的邏輯圖，說明其工作原理.12刷存的主要性能指標(biāo)是它的帶寬。實際工作時顯示適配器的幾個功能部分要爭用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。（1） 若顯示工作方式采用分辨率為1024768，顏色深度為3B，幀頻（刷新速率）為72HZ，計算總帶寬。（2） 為達到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施？13已知某8位機的主存采用半導(dǎo)體存貯器，地址碼為18位，若使用4K4位RAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊條的形式，問：（1） 若每個模塊為32K8位，共需幾個模塊？（2） 每個模塊內(nèi)共有多少片RAM芯片？（3） 主存共需多少RAM芯片？CPU如何選擇各模塊？1. 證明：當(dāng)1 x 0時，即x為正小數(shù)，則 1 x 補 = x 0 因為正數(shù)的補碼等于正數(shù)本身，所以 1 x 0. x 1 x 2x n 0 ， X0 = 0 當(dāng)1 x - 1時，即x為負(fù)小數(shù)，根據(jù)補碼定義有： 2 x 補 = 2 + x 1 （mod2） 即 2 x 0. x 1 x 2x n 1 ，x n= 1 所以 正數(shù)： 符號位 x 0 = 0 負(fù)數(shù)： 符號位 x 0 = 1 若 1 x 0 ，x 0 = 0，則 x 補 = 2 x 0 + x = x 若 - 1 x x 0 x 0 = 1， - 1 x -1/2成立。A、x1必須為1，x2x3x4至少有一個為1 B、x1必須為1，x2x3x4任意C、x1必須為0，x2x3x4至少有一個為1 D、x1必須為0，x2x3x4任意6、假定下列字符碼中有奇偶校驗位，但沒有數(shù)據(jù)錯誤，采用偶校驗的字符碼是 。A、11001011 B、11010110 C、11000001 D、110010017、在CPU中，跟蹤后繼指令地址的寄存器是 。A、指令寄存器 B、程序計數(shù)器 C、地址寄存器 D、狀態(tài)條件寄存器8、EPROM是指 。A、讀寫存儲器 B、只讀存儲器 C、可編程的只讀存儲器 D、光擦除可編程的只讀存儲器9、堆棧尋址方式中，設(shè)A為累加器，SP為堆棧指示器，MSP為SP指示的棧頂單元。如果進棧操作的動作順序是（A）MSP，(SP) 1SP。那么出棧操作的動作順序應(yīng)為 。A、(MSP)A，(SP)+1SP B、(MSP)A，（SP）1SPC、(SP1)SP，(MSP)A D、 (SP)+1SP，(MSP)A10、下面尾數(shù)（1位符號位）的表示中，不是規(guī)格化的尾數(shù)的是 。A、010011101（原碼） B、110011110（原碼）C、010111111 （補碼） D、110111001（補碼）11、在主存和CPU之間增加cache存儲器的目的是 。A、增加內(nèi)存容量 B、提高內(nèi)存可靠性C、解決CPU和主存之間的速度匹配問題 D、增加內(nèi)存容量，同時加快存取速度12、CPU主要包括 。A、控制器 B、控制器、 運算器、cache C、運算器和主存 D、控制器、ALU和主存13、設(shè)變址寄存器為X，形式地址為D，（X）表示寄存器X的內(nèi)容，變址尋址方式的有效地址為 。A、EA=(X)+D B、EA=(X)+(D) C、EA=(X)+D) D、EA=(X)+(D)14、信息只用一條傳輸線 ，且采用脈沖傳輸?shù)姆绞椒Q為 。A、串行傳輸 B、并行傳輸 C、并串行傳輸 D、分時傳輸15、下述I/O控制方式中，主要由程序?qū)崿F(xiàn)的是 。A、PPU(外圍處理機)方式 B、中斷方式 C、DMA方式 D、通道方式16、系統(tǒng)總線中地址線的功能是 。A、用于選擇主存單元地址 B、用于選擇進行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C、用于選擇外存地址 D、用于指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址17、CRT的分辨率額為10241024，顏色深度為8位，則刷新存儲器的存儲容量是 。A、2MB B、1MB C、8MB D、1024B18、設(shè)寄存器位數(shù)為8位，機器數(shù)采用補碼形式（含一位符號位）。對應(yīng)于十進制數(shù)-27，寄存器內(nèi)為 。A、27H B、9BH C、E5H D、5AH19、根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，每個漢字在計算機內(nèi)占用 存儲。A、一個字節(jié) B、二個字節(jié) C、三個字節(jié) D、四個字節(jié)20、某一SRAM芯片，其容量為5128位，考慮電源端和接地端，該芯片引出線的最小數(shù)目應(yīng)為 。A、23 B、25 C、50 D、19二、填空題：（每空1分，共20分）1、設(shè)X= 0.1011，則X補為 。2、漢字的 、 、 是計算機用于漢字輸入、內(nèi)部處理、輸出三種不同用途的編碼。3、數(shù)控機床是計算機在 方面的應(yīng)用，郵局把信件自動分揀是在計算機 方面的應(yīng)用。 4、計算機軟件一般分為 和 兩大類。5、RISC的中文含義是 ；CISC的中文含義是 。6、對動態(tài)存儲器的刷新有兩種方式，它們是 和 。7、機器字長16位，表示浮點數(shù)時，階碼6位（階符1位），尾數(shù)10位（數(shù)符1位），則浮點補碼表示時，最大浮點數(shù)是 ，絕對值最小的非0的正數(shù)是 。8、在存儲系統(tǒng)的Cache與主存層次結(jié)構(gòu)中，常會發(fā)生數(shù)據(jù)替換問題，此時我們較常使用的替換算法有 和 等。9、一條指令實際上包括兩種信息即 和 。10、按照總線仲裁電路的位置不同，可分為 仲裁和 仲裁。三、簡答題：（每題5分，共15分）1、CPU中有哪些主要寄存器？簡述這些寄存器的功能。2、RISC機器具有什么優(yōu)點，試簡單論述。 3、計算機存儲系統(tǒng)分那幾個層次？每一層次主要采用什么存儲介質(zhì)？其存儲容量和存取速度的相對值如何變化？四、綜合題：（共45分）1、求十進制數(shù)123的原碼表示，反碼表示，補碼表示和移碼表示（用8位二進制表示，并設(shè)最高位為符號位，真值為7位）。（本題8分）2、基址寄存器的內(nèi)容為3000H，變址寄存器的內(nèi)容為02B0H，指令的地址碼為002BH，程序計數(shù)器（存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的地址）的內(nèi)容為4500H，且存儲器內(nèi)存放的內(nèi)容如下：地址 內(nèi)容002BH 3500H302BH 3500H32B0H 5600H32DBH 2800H3500H 2600H452BH 2500H（1）、若采用基址尋址方式，則取出的操作數(shù)是什么？（2）、若采用變址尋址（考慮基址）方式，取出的操作數(shù)是什么？（3）、若采用立即尋址方式，取出的操作數(shù)是什么？（4）、若采用存儲器間接尋址（不考慮基址）方式，取出的操作數(shù)是什么？（5）、若相對尋址用于轉(zhuǎn)移指令，則轉(zhuǎn)移地址是多少？（本題10分）3、現(xiàn)有SRAM芯片容量為2K4位，試用此芯片組成8K8位的存儲器，（1）、共需要多少這樣的芯片？（2）、要訪問此存儲器至少需要多少條地址線？其中片內(nèi)尋址需幾條？（本題6分）4、某雙面磁盤，每面有220道，已知磁盤轉(zhuǎn)速r = 3000轉(zhuǎn)/分。數(shù)據(jù)傳輸率為175000B/s。求磁盤總?cè)萘?。（本題6分）5、設(shè)浮點數(shù)x=20110.101100，y=2010 (0.011010)（1）、計算x+y；（階碼與尾數(shù)均用補碼運算）。（2）、計算xy；（階碼用補碼運算，尾數(shù)用原碼一位乘）。（本題15分）A答案一、填空題（每空1分，共15分）1、分開計算，相乘兩數(shù)符號位的異或值。 2、移，補 3、水平，垂直4、匹配CPU和主存之間的速度5、超大規(guī)模集成電路，精簡指令系統(tǒng)計算機，直接存儲器存?。ㄔL問），動態(tài)隨機讀寫存儲器。6、地址總線，數(shù)據(jù)總線，讀寫控制線 7、存儲器二、單項選擇題（每題2分，共40分）1、b 2、c 3、c 4、a 5、d 6、b 7、b 8、c 9、d 10、c11、b 12、b 13、d 14、c 15、a 16、d 17、d 18、c 19、a 20、d三、簡答題（每題5分，共10分）1、映像方式有直接映像，全相聯(lián)映像，組相聯(lián)映像三種。直接映像是每個主存塊只能放到一個唯一對應(yīng)的Cache塊中，實現(xiàn)簡單但Cache利用率低；全相聯(lián)映像是每個主存塊可以放到任何一個Cache塊中，最靈活但實現(xiàn)的成本代價最大；組相聯(lián)映像時每個主存塊唯一對應(yīng)一個cache組，但可放到組內(nèi)任何一個塊中，是前兩種方式的折中。2、DRAM存儲器采用電容存放信息，由于電容漏電，保存信息經(jīng)過一段時間會丟失，故用刷新保證信息不丟失。常用的刷新方法有集中式刷新和分布式刷新。四、綜合題（共35分）1、（本題7分）（1）、操作控制字段18位，判別測試字段3位，控存容量是12828；（2）、共16條指令，需112條微指令，控存合適，能滿足需要。2、（本題共12分）（1）、X和Y的表示為：X 階碼：1111 尾數(shù)： 01011 Y 階碼：0010 尾數(shù)：10101（2）、對階：ExEy=11.101 保留Ey，X尾數(shù)右移3位。、尾數(shù)加：得：11.0110011、規(guī)格化：已經(jīng)是 、舍入：尾數(shù)：11.0110 、判溢出：無溢出，故結(jié)果為：階碼0010 尾數(shù)10110 值：0.1010223、（本題共16分）（1）共需32個芯片，刷新信號周期約為15.6s，刷新行地址7位；（2）主存字塊標(biāo)記6位，組地址7位，塊內(nèi)地址3位。地址3280H在Cac