東北大學(xué)13級計算機組成原理本科期末試題A帶答案(第二版)

1、東北大學(xué)考試試卷（A卷）20152016學(xué)年第一學(xué)期課程名稱：計算機組成原理（共5頁，卷面滿分70分）總分二三四五六七八得分、（20分）填空題（每個空1分，直接填在每小題下面）1.計算機系統(tǒng)中，下列部件都能夠存儲信息:主存CPU內(nèi)的通用寄存器Cache7.直接內(nèi)存訪問（DMA，方式中，DMA控制器從CPU完全接管對A的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和B之間進行。A：總線B：I/O設(shè)備（輸入輸出設(shè)備）磁帶磁盤。按照存取速度排列，由快到慢依次為A，其中，內(nèi)存包括B，屬于外存的是C。A：B：C：得分2.移碼表示法主要用于表示浮點數(shù)的A，以利于比較兩個指數(shù)的大小和B操作。A：階碼B：對階3.

2、操作數(shù)的地址，為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，可以是A、B或變址尋址方式。A、B（無順序之分）：相對、基址4.5.6.為了解決多個A同時競爭總線B，必須具有C部件。A：（主）設(shè)備B：控制權(quán)C：（總線）仲裁某機字長32位，其中1位為符號位，若用定點整數(shù)補碼表示，則最大正數(shù)是，最小負(fù)數(shù)是B;若用定點小數(shù)補碼表示，則最大正數(shù)是C，最小負(fù)數(shù)是A：231-1B：-231C：1-2-31D：-1某微機的指令格式如下所示:OP（6位）X（2位）D（8位）其中，0P為指令操作碼，D表示位移量，X為尋址特征位（X=00為直接尋址;X=01為用變址寄存器X1進行變址尋址；X=10為用變址寄存器X2進行變址尋址;X=

3、11為相對尋址）。設(shè)（PC）=1234H,（X1）=0037H,（X2）=110AH（H代表十六進制數(shù)），請確定下列指令中操作數(shù)的有效地址。4420HA2244HB13DFHC3525HDA：20HB：114EHC：1313HD：005CH二、（4分）已知x=（0.1011）2，y=（-0.0101）2，用變形補碼計算x+y=?，x-y=?（要求寫出運算過程）解答：首先求出x和y的補碼表示，然后按照補碼加減法運算規(guī)則進行運算。x=00.1011，y=11.1011，-y=00.0101（2分）補補補x+y=x+y=00.1011+11.1011=00.0110補補補x+y=0.0110（1分）

4、x-y=x+-y=00.1011+00.0101=01.0000補補補x-y產(chǎn)生溢出（1分）-5-得分得分三、（5分）已知某機采用微程序控制方式，控制存儲器中共有60條微指令，18種微操作控制命令，其中包含3個互斥類，每一類各包含7個、4個和3個微命令，控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共有6個，微指令采用水平型格式，微操作控制字段采用混合表示法，后繼微地址采用斷定方式，微程序可在全部微指令中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。請設(shè)計微指令格式并簡述設(shè)計理由（寫明共包含幾個字段及各字段的位數(shù)）。解答：微指令格式中共包含三個字段：微操作控制（微命令）字段、測試判別字段（P字段）、下址字段。（1分）由于微操作控制命令中包含3個互斥類，所

5、以微操作控制字段中有三個字段采用譯碼法表示微命令，根據(jù)每一類各包含7個、4個和3個微命令，這三個字段的長度分別是3位、3位和2位。剩下的18-7-4-3=4種微命令采用直接表示法。故微操作控制字段的長度為3+3+2+4=12位。（2分）轉(zhuǎn)移條件共有6個，若采用譯碼法，則P字段的長度為3位，若采用不譯碼法，則為6位。（1分）由于微程序可在全部微指令中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，即可以尋址的范圍至少為60，所以下址字段至少為6位。（1分）綜上，微指令格式如下：字段1（3位）字段2（3位）字段3（2位）測試判別字段（P字段）下址字段一人一一人一微操作控制（微命令）字段3位或6位6位12位四、（6分）設(shè)主存容量為1MB

6、，Cache數(shù)據(jù)區(qū)容量為16KB，每塊有16個字，每字32位，采用4路組相聯(lián)映射，按字節(jié)編址。問：（1）主存地址應(yīng)如何劃分（分幾個字段，各字段的名稱和位數(shù)）？（2）為了正確訪問，Cache的每個塊設(shè)了一個“valid”（有效）位；而為了采用寫回策略，Cache的每個塊還要設(shè)一個“dirty”（臟）位。問：該Cache的總?cè)萘渴嵌嗌貹B？解答：（1）由主存容量1MB可知，按字節(jié)編址的主存地址總長度是20位，主存地址字段包括區(qū)號、組內(nèi)塊號、組號、塊內(nèi)字地址、字節(jié)地址。（區(qū)號與組內(nèi)塊號也可合稱為標(biāo)記Tag字段）根據(jù)Cache數(shù)據(jù)區(qū)容量可知，主存共劃分為1M/16K=64區(qū)，故區(qū)號為6位；采用4路組相

7、聯(lián)映射，所以組內(nèi)塊號為2位；每塊16字，所以塊內(nèi)字地址為4位；每字32位，所以字節(jié)地址為2位；因此，組號為20-6-2-4-2=6位。具體格式如下：區(qū)號（6位）組內(nèi)塊號（2位）組號（6位）塊內(nèi)字地址（4位）字節(jié)地址（2位）-或Tag（標(biāo)記）（8位）組號（6位）塊內(nèi)字地址（4位）字節(jié)地址（2位）（4分）（2）每個Cache塊附加有標(biāo)記（Tag）位8位，有效位1位，“臟”位1位，共10位，Cache共有16KB/16*4B=256塊，故Cache的總?cè)萘繛椋海?0+16*32）*256=133632bit=16704B=16.3125KB（2分）寫出3個字段1分，微操作控制字段長度2分，其余字段長

8、度1分。得分O密O封O線五、（10分）有一個4KX16位的存儲器，由1KX4位的DRAM芯片構(gòu)成（芯片是64X64結(jié)構(gòu)）。問：（1）共需要多少片DRAM芯片？（2）請畫出該存儲器的組成框圖。（譯碼器自定）（3）采用異步刷新方式，若單元刷新間隔不超過2ms，則刷新信號周期是多少？解答：（1）芯片總數(shù)為4KX16位/1KX4位=16片。（2分）（2）由于存儲單元數(shù)為4K，故地址長度為12位（設(shè)A11A0）。芯片單元數(shù)為1K則占用地址長度為10位（A9A0）。每一組16位（4片），共4組，組與組間譯碼采用2：4譯碼。（注：芯片地址引腳復(fù)用，片選用RAS*、CAS*替代）圖如下。（6分）A-O:105

9、A(A:2：4譯碼器AD15O-t1t21RAS3*0t2=tl+AtAA401Kx4WR1#RAS*CAS*DD-r301CAS3*RASoAA40RAS3*AA401Kx4WR4#RAS*CAS*D|01Kx4WR13#RAS*13#CAS*DD_r-1AA401Kx4WR16#RAS*16#CAS*D-T01CAS,*D0（3）采用異步刷方式，在2ms時間內(nèi)分散地把芯片64行刷新一遍，故刷新信號的時間間隔為2ms/64=31.25us，即可取刷新信號周期為30ys。（2分）得分密(1)指出下列各寄存器的位數(shù):寄存器程序計數(shù)器PC指令寄存器IR累加器AC。和AC；通用寄存器-%位數(shù)1418

10、1616寄存器指令存儲器地址寄存器指令存儲器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)存儲器地址寄存器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器IARIDRDARDDR位數(shù)14181616(2)設(shè)機器指令格式為IM|IAR指令存儲器A|IDRBUS!六、(11分)如圖所示的處理器邏輯框圖中，有兩條獨立的總線和兩個獨立的存儲器。已知指令存儲器IM的最大容量為16384字(字長18位)，數(shù)據(jù)存儲器DM的最大容量為65536字(字長16位)。各寄存器均有“打入”(Rin)和“送出”(R。)控制命令，存儲器有讀、寫控制命令，ALU有加、減控制命令，PC寄存器有“自增”(PC*)控制命令。(控制命令圖中均未標(biāo)出)PR.X加法指

11、令可寫為“ADDX(Rj)”，其功能是(AC°)+(Ri)+X)fAC】，其中(R.)+X為數(shù)據(jù)存儲器DM的有效地址?，F(xiàn)取比為R。畫出ADD指令的指令周期流程圖，寫明“數(shù)據(jù)通路”和相應(yīng)的微操作控制信號。BUS2第六題圖處理器邏輯框圖解答：(2)執(zhí)行指令PCIARIMIDRIDRIRRi+IR(X)AC】AGDARDMDDRAC°+DDRACx(1) 每個答案0.5分，共4分(2) 流程圖共7分PC,IARPCoutin?+1讀IM,IDRinIDR,IRoutinR,X，+,ACloutoutlinAC,DARloutin讀DM,DDRinAC(BUS),DDR(BUS),

12、+,ACOout'l7out'Vlin-4-得分七、（6分）一盤組共11片，記錄面為20面，每面上外道直徑為14英寸，內(nèi)道直徑為10英寸，分203道。數(shù)據(jù)傳輸率為983040字節(jié)/秒，磁盤組轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分。假定每個扇區(qū)記錄1024字節(jié)，且系統(tǒng)可掛多達16臺這樣的磁盤機，請設(shè)計適當(dāng)?shù)拇疟P地址格式，并計算該系統(tǒng)磁盤的總存儲容量。解答：設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率為C,每一磁道的容量為N,磁盤轉(zhuǎn)速為r,則根據(jù)公式C=N，可求得:N=C/r=983040/（3600/60）=16384（字節(jié)）扇區(qū)數(shù)=16384/1024=16（2分）故表示磁盤地址格式的所有參數(shù)為：臺數(shù)16，記錄面20，磁道數(shù)203道，扇區(qū)數(shù)16，由此可得磁盤地址格式為：20171698430臺號柱面（磁道）號盤面（磁頭）號扇區(qū)號（2分）磁盤總存儲容量為：16X20X203X16384=1064304640（字節(jié)）（2分）得分八、（8分）某機有五級中斷源L0、L1、L2、L3、L4,按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高向低排序為L0fLlfL2fL3L4，現(xiàn)要將中斷處理次序改為L1-L4-L2-L0-L3，（1）請為這5級中斷服務(wù)程序編寫能實現(xiàn)該處理次序的中斷屏蔽