電大2012年春《計算機(jī)組成原理A》形成性考核及答案

1、計算機(jī)組成原理A形成性考核計算機(jī)組成原理A 形考作業(yè)一 （參考答案） 一、選擇題：1機(jī)器數(shù)_中，零的表示形式是唯一的。A原碼 B補(bǔ)碼 C移碼 D反碼答案：B2某計算機(jī)字長16位，采用補(bǔ)碼定點小數(shù)表示，符號位為1位，數(shù)值位為15位，則可表示的最大正小數(shù)為_，最小負(fù)小數(shù)為_。A B C D 答案：C3加法器采用并行進(jìn)位的目的是_。A提高加法器的速度 B快速傳遞進(jìn)位信號C優(yōu)化加法器結(jié)構(gòu) D增強(qiáng)加法器功能答案：B4組成一個運算器需要多個部件，但下面所列_不是組成運算器的部件。A狀態(tài)寄存器 B數(shù)據(jù)總線CALU D地址寄存器答案：D二、判斷題：判斷下列說法是否正確，并說明理由。1ASCII編碼是一種漢字字

2、符編碼；×答：ASCII編碼是西文字符集，共能表示128個字符。2一般采用補(bǔ)碼運算的二進(jìn)制減法器，來實現(xiàn)定點二進(jìn)制數(shù)加減法的運算；×答：補(bǔ)碼表示適合于進(jìn)行加減法運算，對符號位與數(shù)值位同等處理，只要結(jié)果不超出機(jī)器所能表示的范圍，將直接得到正確的運算結(jié)果，并且可以用實現(xiàn)加法運算的電路完成減法運算。3在浮點數(shù)表示法中，階碼的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值精度越高；×答：在浮點數(shù)表示法中，階碼的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值越大；尾數(shù)的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值精度越高。4只有定點數(shù)運算才可能溢出，浮點數(shù)運算不會產(chǎn)生溢出。×答：不僅定點數(shù)運算可能溢出，浮點數(shù)運算也會產(chǎn)生溢出。三、簡

3、答題：1簡述奇偶校驗碼和海明校驗碼的實現(xiàn)原理。答：奇偶校驗碼原理：通常是為一個字節(jié)補(bǔ)充一個二進(jìn)制位，稱為校驗位，通過設(shè)置校驗位的值為0或1的方式，使字節(jié)自身的8位和該校驗位含有1值的位數(shù)一定為奇數(shù)或偶數(shù)。在接收方，檢查接收到的碼字是否還滿足取值為1的總的位數(shù)的奇偶關(guān)系，來決定數(shù)據(jù)是否出錯。海明校驗碼原理：是在k個數(shù)據(jù)位之外加上r個校驗位，從而形成一個k+r位的新的碼字，使新的碼字的碼距比較均勻地拉大。把數(shù)據(jù)的每一個二進(jìn)制位分配在幾個不同的偶校驗位的組合中，當(dāng)某一位出現(xiàn)錯誤，就會引起相關(guān)的幾個校驗位的值發(fā)生變化，這不但可以發(fā)現(xiàn)錯誤，還可以指出哪一位出錯，為進(jìn)一步糾錯提供了依據(jù)。2簡述教材中給出的

4、MIPS計算機(jī)的運算器部件的功能和組成。答：MIPS計算機(jī)的運算器部件的功能和組成：運算器的首要功能是完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運算, 由其內(nèi)部的一個被稱之為算術(shù)與邏輯運算部件(英文縮寫為ALU)承擔(dān)；運算器的第二項功能，是暫存將參加運算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果, 由其內(nèi)部的一組寄存器承擔(dān)；為了用硬件線路完成乘除指令運算, 運算器內(nèi)一般還有一個能自行左右移位的專用寄存器, 通稱乘商寄存器。這些部件通過幾組多路選通器電路實現(xiàn)相互連接和數(shù)據(jù)傳送；運算器要與計算機(jī)其它幾個功能部件連接在一起協(xié)同運行, 還必須有接受外部數(shù)據(jù)輸入和送出運算結(jié)果的邏輯電路。3浮點運算器由哪幾部分組成？答：處理浮點數(shù)指數(shù)部分的部件、處理

5、尾數(shù)的部件、加速移位操作的移位寄存器線路以及寄存器堆等組成。4假定 X = 0.0110011*211， Y = 0.1101101*2-10 （此處的數(shù)均為二進(jìn)制），在不使用隱藏位的情況下，回答下列問題：（1）浮點數(shù)階碼用4位移碼、尾數(shù)用8位原碼表示（含符號位），寫出該浮點數(shù)能表示的絕對值最大、最小的（正數(shù)和負(fù)數(shù)）數(shù)值；解答：絕對值最大： 1 111 0 1111111、1 111 1 1111111；絕對值最?。?0 001 0 0000000、0 001 1 0000000（2）寫出X、Y的浮點數(shù)表示。X浮1 011 0 0110011 Y浮0 110 0 1101101（3）計算X+Y

6、A：求階差：|E|=|1011-0110|=0101B：對階：Y變?yōu)?1 011 0 00000 1101101C：尾數(shù)相加：00 0110011 00000+ 00 00000 1101101=00 0110110 01101D：規(guī)格化：左規(guī)：尾數(shù)為0 1101100 1101，階碼為1010F：舍入處理：采用0舍1入法處理，則有00 1101100+1=00 1101101E：不溢出所以，X+Y最終浮點數(shù)格式的結(jié)果： 1 010 0 1101101，即0.1101101*210四、計算題：1將十六進(jìn)制數(shù)據(jù)14.4CH表示成二進(jìn)制數(shù)，然后表示成八進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)。解：14.4CH=(1010

7、0.01001100)2=(24.23)8=(20.296875)102對下列十進(jìn)制數(shù)表示成8位（含一位符號位）二進(jìn)制數(shù)原碼和補(bǔ)碼編碼。解：（1）17； X原00010001，X補(bǔ)00010001（2）-17； X原10010001，X補(bǔ)111011113已知下列各x原，分別求它們的x反和x補(bǔ)。解：（1）已知 X原0.10100；則 X反0 10100，X補(bǔ)0 10100（2）已知X原1.00111；則 X反1 11000，X補(bǔ)1 11001（3）已知X原010100；則 X反0 10100，X補(bǔ)0 10100（4）已知X原110100；則 X反1 01011，X補(bǔ)1 011004寫出X101

8、11101，Y00101011的雙符號位原碼、反碼、補(bǔ)碼表示，并用雙符號補(bǔ)碼計算兩個數(shù)的差。 解：X原00 10111101, X反00 10111101, X補(bǔ)00 10111101 Y原11 00101011, Y反11 11010100, Y補(bǔ)11 11010101 X Y 補(bǔ) X補(bǔ)+-Y補(bǔ)00 1011 1101+00 0010 1011 00 1110 1000注意：補(bǔ)碼、移碼表示中零是唯一的。計算機(jī)組成原理A形成性考核作業(yè)二 (參考答案) 一、選擇題：1計算機(jī)硬件能直接識別和運行的只能是_程序。A機(jī)器語言 B匯編語言 C高級語言 DVHDL答案：A2指令中用到的數(shù)據(jù)可以來自_（可多

9、選）。A通用寄存器 B微程序存儲器 C輸入輸出接口 D指令寄存器 E. 內(nèi)存單元 F. 磁盤答案：A、C、E3匯編語言要經(jīng)過_的翻譯才能在計算機(jī)中執(zhí)行。A編譯程序 B數(shù)據(jù)庫管理程序 C匯編程序 D文字處理程序答案：C4在設(shè)計指令操作碼時要做到_（可多選）。A能區(qū)別一套指令系統(tǒng)中的所有指令B能表明操作數(shù)的地址C長度隨意確定D長度適當(dāng)規(guī)范統(tǒng)一答案：A、B、D5控制器的功能是_。A向計算機(jī)各部件提供控制信號 B執(zhí)行語言翻譯C支持匯編程序 D完成數(shù)據(jù)運算答案：A6從資源利用率和性能價格比考慮，指令流水線方案_，多指令周期方案_，單指令周期方案_。A最好 B次之 C最不可取 D都差不多答案：A、B、C二

10、、判斷題：判斷下列說法是否正確，并說明理由。1變址尋址需要在指令中提供一個寄存器編號和一個數(shù)值。答：變址尋址就是將寄存器（該寄存器一般稱作基址寄存器）的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量相加，從而得到一個操作數(shù)的有效地址。變址尋址方式常用于訪問某基地址附近的地址單元。采用變址尋址方式的指令常見有以下幾種形式，如下所示：LDR R0，R1，4 ；R0R14LDR R0，R1，4！ ；R0R14、R1R14LDR R0，R1 ，4 ；R0R1、R1R14LDR R0，R1，R2 ；R0R1R2在第一條指令中，將寄存器R1的內(nèi)容加上4形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中。在第二條指令中，將

11、寄存器R1的內(nèi)容加上4形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中，然后，R1的內(nèi)容自增4個字節(jié)。在第三條指令中，以寄存器R1的內(nèi)容作為操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中，然后，R1的內(nèi)容自增4個字節(jié)。在第四條指令中，將寄存器R1的內(nèi)容加上寄存器R2的內(nèi)容形成操作數(shù)的有效地址，從而取得操作數(shù)存入寄存器R0中。2計算機(jī)的指令越多，功能越強(qiáng)越好。×答：并不一定，CISC比RISC指令更多，功能更強(qiáng)大，但并不比RISC好。CISC存在的問題 ：指令系統(tǒng)龐大，指令功能復(fù)雜，指令格式、尋址方式多；執(zhí)行速度慢；難以優(yōu)化編譯，編譯程序復(fù)雜； 80%的指令在20%的運行時間使用

12、；無法并行；無法兼容；RISC 設(shè)計者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色。對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC 機(jī)器上實現(xiàn)特殊功能時，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC 計算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)效率較高。 3程序計數(shù)器PC主要用于解決指令的執(zhí)行次序。答：程序計數(shù)器是用于存放下一條指令所在單元的地址的地方。4微程序控制器的運行速度一般要比硬連線控制器更快。× 答：正好相反。三、簡答題：1一條指令通常由哪兩個部分組成？指令的操作碼一般有哪幾種組織方式？各自應(yīng)

13、用在什么場合？各自的優(yōu)缺點是什么？答：一條指令由操作碼和操作數(shù)地址碼兩部分組成。對操作碼的組織與編碼有以下三種：（1）定長的操作碼的組織方案優(yōu)點：計算機(jī)的硬件設(shè)計簡單，指令譯碼和執(zhí)行速度快。缺點：當(dāng)指令數(shù)量增多、指令字單獨為操作碼劃分出固定的多位后，留給表示操作數(shù)地址的位數(shù)就會嚴(yán)重不足。適用于字長較長的計算機(jī)系統(tǒng)，如32位或32位以上。（2）變長的操作碼的組織方案優(yōu)點：在比較短的指令字中，既能表示出比較多的指令條數(shù)又能盡量滿足操作數(shù)地址的要求。缺點：計算機(jī)的硬件設(shè)計復(fù)雜，指令譯碼和執(zhí)行速度較慢。適用于字長較短的計算機(jī)系統(tǒng)，如16位或16位以下。（3）操作碼字段與操作數(shù)地址有所交叉的方案（這種方

14、案不很常用）優(yōu)點：在比較短的指令字中，既能表示出比較多的指令條數(shù)又能盡量滿足操作數(shù)地址的要求。操作碼不再集中在指令字的最高位，而是與表示操作數(shù)地址的字段有所交叉。缺點：計算機(jī)的硬件設(shè)計復(fù)雜，指令譯碼和執(zhí)行速度較慢。2如何在指令中表示操作數(shù)的地址？通常使用哪些基本尋址方式？答：是通過尋址方式來表示操作數(shù)的地址。 通常使用的基本尋址方式有：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對尋址、間接尋址、堆棧尋址等。3為讀寫輸入/輸出設(shè)備，通常有哪幾種常用的尋址方式用以指定被讀寫設(shè)備？答：要完成對I/O設(shè)備的讀寫操作，多少情況下，三在CPU與相應(yīng)設(shè)備的接口卡的某一寄存器卡之間完成。應(yīng)

15、先把這一I/O設(shè)備的入出端口地址送到地址總線上，再向接口卡發(fā)出讀寫操作。為讀操作時，還要把讀寫的內(nèi)容保存到相關(guān)的寄存器中；為寫操作時，還要把準(zhǔn)備寫到接口卡的寄存器中的數(shù)據(jù)事先送到數(shù)據(jù)總線上。寫接口OUT；讀接口用IN。4簡述計算機(jī)中控制器的功能和基本組成，微程序的控制器和硬連線的控制器在組成和運行原理方面有何相同和不同之處？答：控制器主要由下面4個部分組成：（1）程序計數(shù)器（PC），是用于提供指令在內(nèi)存中的地址的部件，服務(wù)于讀取指令，能執(zhí)行內(nèi)容增量和接收新的指令地址，用于給出下一條將要執(zhí)行的指令的地址。（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存從內(nèi)存儲器讀出來的指令內(nèi)容的部件，在執(zhí)行本條指令的

16、整個過程中，為系統(tǒng)運行提供指令本身的主要信息。（3）指令執(zhí)行的步驟標(biāo)記線路，用于標(biāo)記出每條指令的各個執(zhí)行步驟的相對次序關(guān)系，保證每一條指令按設(shè)定的步驟序列依次執(zhí)行。（4）全部控制信號的產(chǎn)生部件，它依據(jù)指令操作碼、指令的執(zhí)行步驟（時刻），也許還有些另外的條件信號，來形成或提供出當(dāng)前執(zhí)行步驟計算機(jī)各個部件要用到的控制信號。計算機(jī)整機(jī)各硬件系統(tǒng)，正是在這些信號控制下協(xié)同運行，執(zhí)行指令，產(chǎn)生預(yù)期的執(zhí)行結(jié)果。由于上述后兩個部分的具體組成與運行原理不同，控制器被分為硬連線控制器和微程序控制器兩大類。微程序的控制器和組合邏輯的控制器是計算機(jī)中兩種不同類型的控制器。共同點：基本功能都是提供計算機(jī)各個部件協(xié)同運

17、行所需要的控制信號；組成部分都有程序計數(shù)器PC，指令寄存器IR；都分成幾個執(zhí)行步驟完成每一條指令的具體功能。不同點：主要表現(xiàn)在處理指令執(zhí)行步驟的辦法，提供控制信號的方案不一樣。微程序的控制器是通過微指令地址的銜接區(qū)分指令執(zhí)行步驟，應(yīng)提供的控制信號從控制存儲器中讀出，并經(jīng)過一個微指令寄存器送到被控制部件。組合邏輯控制器是用節(jié)拍發(fā)生器指明指令執(zhí)行步驟，用組合邏輯電路直接給出應(yīng)提供的控制信號。微程序的控制器的優(yōu)點是設(shè)計與實現(xiàn)簡單些，易用于實現(xiàn)系列計算機(jī)產(chǎn)品的控制器，理論上可實現(xiàn)動態(tài)微程序設(shè)計，缺點是運行速度要慢一些。組合邏輯控制器的優(yōu)點是運行速度明顯地快，缺點是設(shè)計與實現(xiàn)復(fù)雜些，但隨著EDA工具的成

18、熟，該缺點已得到很大緩解。5控制器的設(shè)計和該計算機(jī)的指令系統(tǒng)是什么關(guān)系？答：控制器的的基本功能，是依據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，和它所處的執(zhí)行步驟，形成并提供在這一時刻整機(jī)各部件要用到的控制信號。所以，控制器的設(shè)計和該計算機(jī)的指令系統(tǒng)是一一對應(yīng)的關(guān)系，也就是控制器的設(shè)計應(yīng)依據(jù)指令的要求來進(jìn)行，特別是要分析每條指令的執(zhí)行步驟，產(chǎn)生每個步驟所需要的控制信號。6指令采用順序方式、流水線方式執(zhí)行的主要差別是什么？各有什么優(yōu)點和缺點？答：順序方式是，在一條指令完全執(zhí)行結(jié)束后，再開始執(zhí)行下一條指令。優(yōu)點是控制器設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)，；缺點是速度比較慢。指令流水線方式是提高計算機(jī)硬件性能的重要技術(shù)和有效措施，在成本

19、增加不多的情況下很明顯地提高了計算機(jī)的性能。追求的目標(biāo)是力爭在每一個指令執(zhí)行步驟中完成一條指令的執(zhí)行過程。實現(xiàn)思路是把一條指令的幾項功能劃分到不同的執(zhí)行部件去完成，在時間上又允許這幾個部件可以同時運行。缺點是控制器設(shè)計復(fù)雜，比較不容易實現(xiàn)，；突出的優(yōu)點是速度明顯提高。計算機(jī)組成原理A形成性考核作業(yè)三 (參考答案)一、選擇題：1下列部件（設(shè)備）中，存取速度最快的是_。A光盤存儲器 BCPU的寄存器 C軟盤存儲器 D硬盤存儲器答案：C2某SRAM芯片，其容量為1K×8位，加上電源端和接地端，該芯片引出線的最少數(shù)目應(yīng)為_。A23B25 C50 D20答案：D3在主存和CPU之間增加Cach

20、e的目的是_。A擴(kuò)大主存的容量B增加CPU中通用寄存器的數(shù)量C解決CPU和主存之間的速度匹配D代替CPU中的寄存器工作答案：C4在獨立編址方式下，存儲單元和I/O設(shè)備是靠_來區(qū)分的。A不同的地址和指令代碼 B不同的數(shù)據(jù)和指令代碼C不同的數(shù)據(jù)和地址 D不同的地址答案：A5隨著CPU速度的不斷提升，程序查詢方式很少被采用的原因是_。A硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜 B硬件結(jié)構(gòu)簡單CCPU與外設(shè)串行工作 DCPU與外設(shè)并行工作答案：D6在采用DMA方式的I/O系統(tǒng)中，其基本思想是在_之間建立直接的數(shù)據(jù)通路。ACPU與外設(shè) B主存與外設(shè)CCPU與主存 D外設(shè)與外設(shè)答案：B二、判斷題：判斷下列說法是否正確，并說明理由。1

21、CPU訪問存儲器的時間是由存儲器的容量決定的，存儲器容量越大，訪問存儲器所需的時間越長。×答：它是由存儲器的的帶寬，字長和存儲周期決定的。2引入虛擬存儲系統(tǒng)的目的，是為了加快外存的存取速度。×答：虛擬存儲器是指具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲器系統(tǒng)。在虛擬存儲器系統(tǒng)中，作業(yè)無需全部裝入，只要裝入一部分就可運行。引入虛擬存儲技術(shù)之后,可以:（1）提高內(nèi)存利用率；（如：定義100*100大小的數(shù)組，可能只用到10*10個元素）（2）程序不再受現(xiàn)有物理內(nèi)存空間的限制；編程變得更容易；（3）可以提高多道程序度，使更多的程序能夠進(jìn)入內(nèi)存運行 3按主機(jī)

22、與接口間的數(shù)據(jù)傳送方式，輸入/輸出接口可分為串行接口和并行接口。答：串行接口只需要一對信號線來傳輸數(shù)據(jù)；并行接口傳輸按字或字節(jié)處理數(shù)據(jù)。4DMA控制器通過中斷向CPU發(fā)DMA請求信號。答：常用的設(shè)備和CPU之間數(shù)據(jù)傳送控制方式有4種，它們是程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA方式和通道方式。程序直接控制方式和中斷控制方式都只適用于簡單的、外設(shè)很少的計算機(jī)系統(tǒng)，因為程序直接控制方式耗費大量的CPU時間，而且無法檢測發(fā)現(xiàn)設(shè)備或其他硬件產(chǎn)生的錯誤，設(shè)備和CPU、設(shè)備和設(shè)備只能串行工作。中斷控制方式雖然在某種程度上解決了上述問題，但由于中斷次數(shù)多，因而CPU仍需要花較多的時間處理中斷，而且能夠并行操

23、作的設(shè)備臺數(shù)也受到中斷處理時間的限制，中斷次數(shù)增多導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。DMA方式和通道方式較好地解決了上述問題。這兩種方式采用了外設(shè)和內(nèi)存直接交換數(shù)據(jù)的方式。只有在一段數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時，這兩種方式才發(fā)出中斷信號要求CPU做善后處理，從而大大減少了CPU的工作負(fù)擔(dān)。DMA方式與通道控制方式的區(qū)別是，DMA方式要求CPU執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動程序啟動設(shè)備，給出存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址以及操作方式和傳送字節(jié)長度等；而通道控制方式則是在CPU發(fā)出IO啟動命令之后，由通道指令采完成這些工作。三、簡答題：1在三級存儲體系中，主存、外存和高速緩存各有什么作用？各有什么特點？答：多級存儲器系統(tǒng)，是圍繞讀寫速度尚可、存儲容量適中的主存儲器來組織和運行的， 并由高速緩沖存儲器緩解主存讀寫速度慢、不能滿足CPU運行