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文檔簡介
2022年山西大學軟件工程專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷B(有答案)一、選擇題1、Cache用組相聯(lián)映射,一塊大小為128B,Cache共64塊,4塊分一組,主存有4096塊,主存地址共需()位。A.19 B.18 C.17 D.162“addxaddr,3”xaddrx對應的存儲單元地址。若執(zhí)行該指令的計算機采用頁式虛擬存儲管理方式,并配有相應的TLB,且Cache使用直寫(WriteTrough)方式,則完成該指令功能需要訪問主存的次數(shù)至少是()。A.0 B.1 C.2 D.343、已知計算機A800MHzA12s。現(xiàn)在硬件設(shè)計人員想設(shè)計計算機B,希望該程序在B后可使B的時鐘頻率大幅度提高,但在B上運行該程序所需要的時鐘周期數(shù)為在A上的1.5倍。那么,機器B的時鐘頻率至少應為()能運到所希望的要求。A.800MHz B.1.2GHz C.1.5GHz D.1.8GHz4、某計算機主頻為1.2GHz,其指令分為4類,它們在基準程序中所占比例及CPI如下表所示。該機的MIPS數(shù)是()。A.100B.200C.400D.6005、()可區(qū)分存儲單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。A.存儲器運算 C.用戶 控制器6、下列關(guān)于同步總線的說法中,正確的有()。I.同步總線一般按最慢的部件來設(shè)置公共時鐘II.同步總線一般不能很長同步總線一般采用應答方式進行通信通常,CPU內(nèi)部總線、處理器總線等采用同步總線AI,II BI,II,IV C.III,IV 7、關(guān)于總線的敘述,下列說法正確的是()。總線忙信號由總線控制器建立計數(shù)器定時查詢方式不需要總線同意信號請求方式、計數(shù)器查詢A.僅I、III B.僅II,III 僅III D.僅II8、下列不屬于微指令結(jié)構(gòu)設(shè)計所追求的目標是()。A.提高微程序的執(zhí)行速度B.C.縮短微指令的長度D.增大控制存儲器的容量9、某指令格式如下所示。OPOPMID其中M為尋址方式,I為變址寄存器編號,D為形式地址。若采用先變址后間址的尋址方式,則操作數(shù)的有效地址是()。A.I+D B.(I)+D C.((I)+D) D.((I))+D10、下列關(guān)于中斷I/O方式和DMA方式比較的敘述中,錯誤的是()I/OCPU處理時間,DMA方式請求的是總線使用權(quán)C.I/O方式下數(shù)據(jù)傳送由硬件完成D.中斷I/O方式適用于所有外部設(shè)備,DMA方式僅適用于快速外部設(shè)備11、CRT的分辨率為1024×512像素,像素的顏色數(shù)為256,則刷新存儲器的容量為()A.256MB B.IMB C.512KB D.2MB1232位,按字節(jié)編址,采用小端Endian)方式存放數(shù)據(jù)。假double1122334455667788H00008040H00008046H中存放的是()。A.22H B.33H C.66H D.77H13、加法器采用先行進位的根本目的是()。A.優(yōu)化加法器的結(jié)構(gòu)B.快速傳遞進位信號C.增強加法器的功能D.以上都不是14、一般來說,變址尋址經(jīng)常和其他尋址方式混合在起使用,設(shè)變址寄存器為X,形式地址為D,某機具有先間址尋址再變址尋址的方式,則這種尋址方式的有效地址為()。A.EA=D+(IX)B.EA=(D)+(IX)C.EA=(D+(IX))D.EA=D+IX15、在下列尋址中,()尋址方式需要先運算再訪問主存。A.立即 變址 C.間接 直接二、填空題16、并行I/O接口 和串行I/O接口 是兩個目前最具權(quán)威性和發(fā)展前景的準接17、為了運算器的高速性,采用進位乘除法, 等并行技術(shù)施。18、堆棧是一種特殊的數(shù)據(jù)尋址方式,它采原理。按結(jié)構(gòu)不同,分 堆棧和 堆棧。19、移碼表示法主要用于表示浮點數(shù)碼,以利于比較兩數(shù)的大小和行操作。20、主存儲器容量通常以KB表示,其中K= ;硬盤容量通常以GB表示,其中G= 21、數(shù)控機床是計算機方面的應用,郵局把信件自動分練是在計算面的應用。22、虛擬存儲器指的層次,它給用戶提供了一個比實空間大的多 空間。23、指令格式是指令表示的結(jié)構(gòu)形式,通常格式中由操作碼字段字組成。24、中斷處理過程可以嵌套進行的設(shè)備可以中的中斷服務程序。25、CPU能直接訪和 但不能直接訪問磁盤和光盤。三、名詞解釋題26、調(diào)相制PM:27、消息傳輸方式:28、程序:29、ROM:四、簡答題30、對于二地址指令而言,操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方?舉例說明。31、敘述帶有Cache存儲器的計算機,其CPU讀內(nèi)存一次的工作過程。32、控制單元的功能是什么?其輸入受什么控制?33、水平型微指令;五、計算題34、一臺8位微機的地址總線為l6條,其RAM存儲器容量為32KB,首地址為4000H,且地址是連續(xù)的,可用的最高地址是多少?35、設(shè)有主頻24MHz的CPU,平均每條指令的執(zhí)行時間為兩個機器周期,每個機器周期由兩個時鐘周期組成,試求:機器的工作速度。解:36、假設(shè)對于上題中的計算機M和程序P的機器代碼,MP開始執(zhí)行時,(R1)=(R2)=0,(R6)=1000,其機器代碼已調(diào)入主存但不在Cache中:數(shù)組A未調(diào)入主存,且所有數(shù)組元素在同一頁,并存儲在磁盤同一個扇區(qū)。請回答下列問題并說明理由。P執(zhí)行結(jié)束時,R2的內(nèi)容是多少?M的指令CacheCache分離。若指令Cache共有16行,Cache和主存交換的塊大小為32P令Cache的命中率為多少?P生缺頁,異常?對于數(shù)組A的訪問,需要讀磁盤和TLB至少各多少次?六、綜合題37、某程序中有如下循環(huán)代碼段p:“for(inti=0;i<N;i++)sum+=A[i];”。假設(shè)編譯時變量sum和i分別分配在寄存器R1和R2中。常量N在寄存器R6中,數(shù)組A的首地址在寄存器R3中。程序段P起始地址為08048100H,對應的匯編代碼和機器代碼見下表。M32bne式:OP為操作碼:Rs和Rd為寄存器編號:OFFSET為偏移量,用補碼表示。請回答下列問題,并說明理由。M的存儲器編址單位是什么?已知sllA中每個元素占多少位?表中bne指令的OFFSET字段的值是多少?已知bne指令采用相對尋址方式,當前,PC內(nèi)容為bne指令地址,通過分析題表中指令地址和bne指令內(nèi)容,推斷出bne指令的轉(zhuǎn)移目標地址計算公式。若M采用如下“”的5級指令流水線:IF(取指)、ID(譯碼及取數(shù))、EXE(執(zhí)行)、MEM(訪存)、WB(寫回寄存器),且硬件不采取任何轉(zhuǎn)發(fā)措施,分支指令的執(zhí)行均引起3個時鐘周期的阻塞,則P中哪些指令的執(zhí)行會由于數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生流水線阻塞?哪條指令的執(zhí)行會發(fā)生控制冒險?為什么指令1的執(zhí)行不會因為與指令5的數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生阻塞?3816128KB,按字編址。采用單字長指令格式,指令各字段定義如圖所示。15 1211 65 0OPMxOPMxR1MdRd轉(zhuǎn)移指令采用相對尋址方式,相對偏移用補碼表示,尋址方式的定義見表尋址方式的定義000B001B010B011B尋址方式寄存器直接寄存器間接寄存器間接、自增相對助記符Rn(Rn)(Rn)+D(Rn)含義操作數(shù)=(Rn)操作數(shù)=((Rn))操作數(shù)=((Rn)),(Rn)+1→Rn轉(zhuǎn)移目標地址=(PC)+(Rn)回答下列問題:該指令系統(tǒng)最多可有多少指令?該計算機最多有多少個通用寄存器?存儲地址寄存器(MAR)和存儲器數(shù)據(jù)寄存器(MDR)至少各需要多少位?轉(zhuǎn)移指令的目標地址范圍是多少?若操作碼0010B表示加法操作(add),寄存器R4和R5的編號分別為100B和101B,R4的內(nèi)容為1234H,R5的內(nèi)容為5678H,地址1234H中的內(nèi)容為5678H,地址5678H中的內(nèi)容為1234H,則匯編語句“add(R4),(R5)+”(逗號前為源操作數(shù),逗號后為目的操作數(shù))對應的機器碼是什么(用十六進制表示)?該指令執(zhí)行后,哪些寄存器和存儲單元中的內(nèi)容會改變?改變后的內(nèi)容是什么?39、設(shè)浮點數(shù)字長32位,其中階碼部分8位(含l位階符),尾數(shù)部分24位(含1位數(shù)符),當階碼的基值分別是2和16時:說明基值2和16在浮點數(shù)中如何表示。況下所能表示的最大正數(shù)真值和非零最小正數(shù)真值。在哪種基值情況下,數(shù)的表示范圍大?兩種基值情況下,對階和規(guī)格化操作有何不同?參考答案一、選擇題、A、B3、D4、C5、D6、B、D、D9、C、D、C、A、B14、D1XIX的話那就變成了寄存器間接尋址了15、B二、填空題16、SCSIIEEE139417、先行陣列流水線18、先進后出寄存器存儲器19、階碼指對階20、210 23021、自動控制人工智能22、主存--外存主存虛擬地址23、二進制代碼地址碼24、優(yōu)先級高優(yōu)先級低25、cache主存三、名詞解釋題26、調(diào)相制PM:1027、消息傳輸方式:總線的信息傳輸方式之一,將總線需要傳送的數(shù)據(jù)信息、地址信息,和控制信息等組合成一個固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以猝發(fā)方式進行傳輸。28、程序:完成某種功能的指令序列。29、ROM:只讀存儲器,一種只能讀取數(shù)據(jù)不能寫入數(shù)據(jù)的存儲器。四、簡答題30、答:對于二地址指令而言,操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。31、解析:CPU將內(nèi)存地址加載到地址總線,并發(fā)出讀信號。Cache從地址總線截取內(nèi)存地址,解析出該地址所在的內(nèi)存塊號。查閱主存Cache地址映射變換機構(gòu),若該主存塊已調(diào)入Cache,則為命中,進入4),否則,轉(zhuǎn)入6)。將對應的CacheCache地址,訪問Cache存儲體,同時阻斷主存的讀。由Cache讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線送往CPU。CPU。同時查閱Cache9)。啟動CacheCache塊位置?!按蛲ā敝苯诱{(diào)度通路,將該主存塊調(diào)入Cache,并修改標記。32、答:控制單元具有發(fā)出各種微操作命令序列的功能33直接編碼、字段直接編碼、字段間接編碼以及直接和字段混合編碼都屬水平型微指令。其中直接編碼速度最快,字段編碼要經(jīng)過譯碼,故速度受影響。五、計算題34、解析:32KB存儲空間共占用15條地址線,若32KB的存儲地址起始單元為0000H,其范圍應為0000H~7FFFH,但現(xiàn)在的首地址為4000H,即首地址后移了,因此最高地址也應該相應后移,故最高地址=4000H+7FFFH=BFFFH。歸納總結(jié):32KB的存儲空間是連續(xù)的,由于首地址發(fā)生變化,因此術(shù)地址也會跟著發(fā)生變化。35、1)主頻為24MHz的意思是每秒中包含24M個時鐘周期,又因為執(zhí)行一條指令需要4個時鐘周期,故機器每秒可以執(zhí)行的指令數(shù)為24M/4=6M條(600萬條)。2)插入兩個時鐘周期,即執(zhí)行每條指令需要6個時鐘周期,故機器每秒可以執(zhí)行的指令數(shù)為24M/6=4M條,即400萬條。36、解答:該題繼承了上題中的相關(guān)信息,統(tǒng)考中首次引入此種設(shè)置,具體考察到程序的運行結(jié)果、Cache的大小和命中率的計算以及磁盤和TLB的相關(guān)計算,是一題比較綜合的題型。R2里裝的是ii<N(1000),即當i自增到不滿足這個條件時跳出循環(huán),程序結(jié)束,所以此時i的值為1000。Cache共有1632B,所以Cache數(shù)據(jù)區(qū)的容量為16x32B=512B。P共有6條指令,占24B,小于主存塊大?。?2B),其起始地址為08048100H,對應Cache缺失,故將P所在的主存塊調(diào)入Cache某一行,以后每次讀取指令時,都能在指令Cache中命中。因此在1000次循環(huán)中,只會發(fā)生1次指令訪問缺失,所以指令Cache的命中率為:(1000×6-1)/(1000×6)=99.98%。指令4sum+=A[i],當數(shù)組A中元素的值過大時,則會導致這條加法指令發(fā)生溢出異常:而指令2、5雖然都是加法指令,但它們分別為數(shù)組地址的計算指令和存儲變量i的寄存器進行自增的指令,而i最大到達1000它們都不會產(chǎn)生溢出異常。只有訪存指令可能產(chǎn)生缺頁異常,即指令3可能產(chǎn)生缺頁異常。因為數(shù)組A致訪盤,把A調(diào)入內(nèi)存,而以后數(shù)組A的元素都在內(nèi)存中,則不會導致訪盤,所以該程序,共訪盤一次。每訪問一次內(nèi)存數(shù)據(jù)就會查TLB1000次,所以此時又訪問TLB1000A,即訪問A[0]時,會多訪問一次TLB(第一次訪問A[0]會先查一次TLB,然后產(chǎn)生缺頁,處理完缺頁中斷后,會重新訪問A[0].此時又查TLB),所以訪問TLB的次數(shù)一共是1001次。六、綜合題37、解答:該題為計算機組成原理科目的綜合題型,涉及指令系統(tǒng)、存儲管理以及CPU三個部分內(nèi)容,考生應注意各章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系,才能更好的把握當前考試的趨勢。M324B,觀察表中各指令的444B1B,所以該計算機是按字節(jié)編址的。在二進制中某數(shù)左移兩位相當于以乘四,由該條件可知,數(shù)組間的數(shù)據(jù)間隔為4個地址單位,而計算機按字節(jié)編址,所以數(shù)組A中每個元素占4B。由表可知,bne1446FFFAH,根據(jù)題目給出的指令格式,后2B的內(nèi)容為OFFSET字段,所以該指令的OFFSET字段為FFFAH,用補碼表示,值為-6.當系統(tǒng)執(zhí)行到bne指令時,PC自動加4,PC的內(nèi)容就為08048118H,而跳轉(zhuǎn)的目標是08048100H,兩者相差了18H,即24個單位的地址間隔,所以偏移址的一位即是真實跳轉(zhuǎn)地址的-24/(-6)=4位。可知bne指令的轉(zhuǎn)移目標地址計算公式為(PC)+4+OFFSET*4。由于數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生阻塞的指令為第2、3、4、6條,因為第23、4、6條指令都與各自前一條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)。第6五條指令與下次循環(huán)的第一條指令雖然有數(shù)據(jù)相關(guān),但由于第6條指令后有3個時鐘周期的阻塞,因而消除了該數(shù)據(jù)相關(guān)。38、解析:指令操作碼占424=16占6位,其中3位指示尋址方式,寄存器編號占3位,因此該計算機最多可以有23=8個通用寄存器。由于計算機字長為16位,因此存儲器數(shù)據(jù)寄存器(MDR)至少為16位。主存
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