哈工大计算机组成原理试卷1及答案

1、哈工大 学年秋季学期计算机组成原理试试 题题一、填空（12 分）1. 某浮点数基值为 2，阶符 1 位，阶码 3 位，数符 1 位，尾数 7 位，阶码和尾数均用补码表示，尾数采用规格化形式，用十进制数写出 它 所 能 表 示 的 最 大 正 数， 非 0 最 小 正数，最大负数，最小负数。2. 变址寻址和基址寻址的区别是：在基址寻址中，基址寄存器提供， 指令提供； 而在变址寻址中，变址寄存器提供，指令提供。3. 影响流水线性能的因素主要反映在和两个方面。4. 设机器数字长为 16 位（含 1 位符号位） 。若 1 次移位需 10ns，一次加法需10ns， 则补码除法需时间， 补码booth算法

2、最多需要时间。5. cpu从 主 存 取 出 一 条 指 令 并 执 行 该 指 令 的 时 间叫，它通常包含若干个，而后者又包含若干个。组成多级时序系统。二、名词解释(8 分)1. 微程序控制2. 存储器带宽3. risc4.中断隐指令及功能三、简答（18 分）1. 完整的总线传输周期包括哪几个阶段？简要叙述每个阶段的工作。2. 设主存容量为 1mb，cache 容量为 16kb，每字块有 16 个字，每字 32 位。(1)若 cache 采用直接相联映像，求出主存地址字段中各段的位数。(2)若 cache 采用四路组相联映像，求出主存地址字段中各段的位数。3. 某机有五个中断源，按中断响应

3、的优先顺序由高到低为 l0,l1,l2,l3,l4，现要求优先顺序改为l3,l2,l4,l0,l1，写出各中断源的屏蔽字。中断源l0l1l2l3l44. 某机主存容量为 4m16 位，且存储字长等于指令字长，若该机的指令系统具备 120 种操作。操作码位数固定，且具有直接、间接、立即、相对四种寻址方式。（1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用；（2）该指令直接寻址的最大范围；（3）一次间址的寻址范围；（4）相对寻址的寻址范围。屏蔽字01234四、 （6 分）设阶码取 3 位，尾数取 6 位（均不包括符号位） ，按浮点补码运算规则911计算25 + 24()1616五、画出 dma 方式接口电

4、路的基本组成框图，并说明其工作过程（以输入设备为例） 。 （8 分）六、 （10 分）设 cpu 共有 16 根地址线，8 根数据线，并用mreq作访存控制信号，用r/w作读写控制信号，现有下列存储芯片：ram：1k8 位、2k4 位、4k8 位rom：2k8 位、4k8 位以及 74138 译码器和各种门电路（自定） ，画出 cpu 与存储器连接图。要求：（1）最大 4k 地址空间为系统程序区，与其相邻 2k 地址空间为用户程序区。（2）合理选用上述存储芯片，说明各选几片？写出每片存储芯片的地址范围。（3）详细画出存储芯片的片选逻辑。aia0pd/progrromcsdnd0g1y7g2ay

5、6g2bcbay074138aia0oeweramcsdnd0oe允许输出we允许写七、假设cpu 在中断周期用堆栈保存程序断点，且进栈时栈指针减一，出栈时栈指针加一。试写出中断返回指令 （中断服务程序的最后一条指令） ， 在取指阶段和执行阶段所需的全部微操作命令及节拍安排。若采用微程序控制，则还需要增加哪些微操作。 （10 分）八、除了采用高速芯片外，从计算机的各个子系统的角度分析，指出 6 种以上提高整机速度的措施。 （8 分）计算机组成原理试试一、填空（12 分）题题 答答 案案1127；1/512；-1/512-1/32768；-128。2基地址；形式地址；基地址；形式地址。3访存冲突

6、；相关问题。4300ns；310ns。5指令周期；机器周期；节拍。二、名词解释(8 分)1微程序控制答：采用与存储程序类似的方法来解决微操作命令序列的形成，将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条指令包含一个或多个微操作命令。2存储器带宽答：每秒从存储器进出信息的最大数量，单位可以用字/秒或字节/秒或位/秒来表示。3risc答：risc 是精简指令系统计算机，通过有限的指令条数简化处理器设计，已达到提高系统执行速度的目的。4中断隐指令及功能答：中断隐指令是在机器指令系统中没有的指令， 它是 cpu 在中断周期内由硬件自动完成的一条指令， 其功能包括保护程序断点、寻找

7、中断服务程序的入口地址、关中断等功能。三、简答（18 分）1答：总线在完成一次传输周期时，可分为四个阶段：申请分配阶段：由需要使用总线的主模块（或主设备）提出申请，经总线仲裁机构决定下一传输周期的寻址阶段：取得了使用权的主模块，通过总线发出本次打算访问的从模块（或从设备）的存储地址或设传数阶段：主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出经数据总线流入目的模块；总线使用权授于某一申请者；备地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块；结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。2答：（1）若 cache 采用直接相联映像：字块中含 64 个字节，字块的位数为b=6。cache 中

8、含有 256 个字块，所以字块地址位数c=8。主存容量为 1m 字节，总位数为 20。主存字块标记位数 t=6。（2）若 cache 采用四路组相联映像，字块中含 64 个字节，字块的位数为b=6。每组含有四个字块，每组含256 个字节。cache 中含有 64 个字块，所以组地址位数q=6。主存容量为 1m 字节，总位数为 20。主存字块标记位数 t=8。3答：设屏蔽位为“1”时表示对应的中断源被屏蔽，屏蔽字排列如下：中断源l0l1l2l3l4屏蔽字0123401000000001100111101110004答：（1）指令字长 16 位，操作码为 7 位，寻址特征位2 位，地址码 7 位；

9、（2）-6463；（3）216；（4）216四、 （6 分）答：被加数为0,101;0.100100，x补=00,101; 00.100100加数为0,100;1.010100，y补=00,100; 11.010100（1）对阶：j补=jx补- jy补=00,101+11,100=00,001即j=1，则 y 的尾数向右移一位，阶码相应加1，即y补=00,101; 11.101010 求和sx+sy=sx+sy补补补补=00.100100+11.101010=00.001110即x+y补=00,101; 00.001110尾数出现“00.0” ，需左规。 规格化左规后得x+y补=00,011;

10、 00.111000 x+y补= 00,111; 00.111000五、 （8 分）答：dma 方式接口电路的基本组成框图如下：以数据输入为例，具体操作如下： 从设备读入一个字到 dma 的数据缓冲寄存器 br 中，表示数据缓冲寄存器“满” （如果 i/o 设备是面向字符的，则一次读入一个字节，组装成一个字） ； 设备向 dma 接口发请求（dreq） ； dma 接口向 cpu 申请总线控制权（hrq） ； cpu 发回 hlda 信号，表示允许将总线控制权交给dma 接口； 将 dma 主存地址寄存器中的主存地址送地址总线； 通知设备已被授予一个 dma 周期（dack） ，并为交换下一个

11、字做准备； 将 dma 数据缓冲寄存器的内容送数据总线； 命令存储器作写操作； 修改主存地址和字计数值； 判断数据块是否传送结束，若未结束，则继续传送；若己结束，（字计数器溢出） ，则向cpu 申请程序中断，标志数据块传送结束。六、 （10 分）方法一：答：地址空间描述如下：rom 对应的空间：11111111111111111111000000000000ram 对应的空间：11101111111111111110100000000000选择 rom 芯片为 2k8 位的两片，ram 芯片为 2k4 位的两片rom 芯片 1：11111111111111111111100000000000r

12、om 芯片 2：11110111111111111111000000000000ram 芯片 1、2： （位扩展）1110111111101000cpu 与存储器连接图见下页：a15a15& &a14a14a13a13a12a12a11a11c cp pu ua10-a0a10-a0g1g2ag2bcbay7y61111000011110000y0cscsrom1rom1d7-d0d7-d0d7-d0d7-d0rdrdrom2rom2d7-d0d7-d0cscsoeoerdrdram1ram1d7-d4d7-d4cscsoeoeweweram2ram2d3-d0d3-d0wew

13、e方法二：答：地址空间描述如下：rom 对应的空间：11111111111111111111000000000000ram 对应的空间：11101111111111111110100000000000选择 rom 芯片为 4k8 位的一片，ram 芯片为 2k4 位的两片r/wr/wmreqmreqa15a15a14a14a13a13a12a12a11a11a10a10y7y7y6y6y5y5y4y4y3y3y2y2y1y1y0y0& &c cp pu ug1g1g2ag2ag2bg2bc cb ba a& &a0a0a11a11romroma0a0d0d0a1

14、0a10ramrama0a0a10a10ramrama0a0d0d0d7d7d4d4d3d3d0d0d7d7d7d7d4d4d3d3七、 （10 分）答：组合逻辑设计的微操作命令：取指：t0：pc mart1：mmar mdr, pc+1 pct2：mdr ir, opir 微操作形成部件执行：t0：sp mart1：mmar mdrt2：mdr pc, sp+1 sp微程序设计的微操作命令：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中断返回微程序：t0：sp mart1：adcmir cmart2：mmar mdrt3：adcmir cmart4：md