2017计算机组成原理期末考试试题

1、2014-2015学年第1学期答案：2013级计算机组成原理期末考试试题考试时间：2015年1月9日一、【共10分，每题1分】选择填空：1、主存储器一般是由（）组成A.ROMB.FLASHC.EPROMD.DRAM2、处理器能够理解的二进制语言是（）A.高级语言B.JAVAC.汇编语言D.机器语言3、中央处理机是（）A.ALUB.CPUC.MEMD.I/O4、多核处理器的正确描述是（）A.多个处理器芯片B.一个芯片中有多个处理器C.多台计算机的处理器D.图像处理器5、处理器能够理解的命令是（）A.自然语言B.高级语言C.汇编语言D.指令6、机器指令的符号表示是（）A.汇编语言B.高级语言C.操

2、作系统D.应用软件7、存储器的易失性是指（）A.该存储器容易丢失B.存储器中的数据在电源正常供电时容易丢失C.存储器中的数据在掉电时丢失D.存储器中的数据容易丢失8、价格、容量、速度是评价存储体系性能的三个主要方面，速度最快的存储曰厂器疋（丿A.硬盘B.光盘C.主存D.USBFLASH9、完成一条指令所需的时钟周期数的描述是（）A.CPIB.IPCC.MIPSD.MFLOAT10、CPU把数据写入CACHE的同时，也写入memory，这种方式是（）A.写直达法B.写回法C.写缓冲D.写硬盘答案：1.D2.D3.B4.B5.D6.A7.C8.C9.A10.A二、【15分，每题3分】简答：计算机的

3、数据表示中，位、字节、字的含义是什么？解答：1、位（bit）：计算机中的数据是二进制表示的，其中一位二进制数称为“位”字节（Byte）:是用于计量存储容量和传输容量的一种计量单位，1个字节等于8位二进制。字（word）：在计算机中，码作为一个整体来处理或运算的基本单位，称为一个计算机字，简称“字”“字”通常由字节的整数倍构成。在MIPS中一个“字”是32位的，或者说是4个字节组成。2、给出机器指令中寻找操作数的三种寻址方法。答：寄存器寻址、存储器寻址、计算式寻址。（答出3种寻址方式即得分）3、简述虚拟存储器中的页表的定义和构成。答：页表（pagetable）用来保存虚拟地址和物理地址之间转换关

4、系的表。页表保存在主存中，通过页表寄存器找到页表的首地址。每个程序都有自己的页表，用来将程序的虚拟地址映射到主存中。通常使用虚页号来索引，如果这个虚页在当前的主存中，页表中的对应项将包含虚页对应的物理页号。所以页表的构成如下：有效位物理页号4、什么是上溢和下溢？答：上溢：在浮点表示法中指数太大而不能在指数域表示；下溢：在浮点表示法中负的指数太大而不能在指数域中表示出来。5、MIPS指令集中的j（跳转指令）格式中地址是26位，如何形成32位有效地址的？答:MIPS指令是按照“字（32位）”寻址，而MIPS对应的内存是按照“字节（8位）”位单位编址的，因此，MIPS指令中给出的地址要乘以4（即，左

5、移2位），才能和存储器的地址对应上，所以j指令中的26位字地址左移成28位地址，和pc的高四位相加而形成32位有效地址。三、【30分】1、（15分）MIPS程序如下（假设寄存器为$，指令流水线为5级,IF,ID,EX,MEM,WB,当数据相关时，可在EX级和MEM级的结束时转发）lw$2,20（$1）;【（20+（$1）-$2】and$4,$3,$5;【$3and$5$4】or$6,$2,$4;【$2or$4$6】add$9,$10,$11;【$10+$11$9】slt$12,$13,$14【如果$13小于$14，贝则$12=1】请画出指令序列的多周期流水线图（时空图），该指令序列执行完毕后，

6、计算流水线的吞吐率、加速比。答案：时空图（10分）12345678910LW在mem转发；And在转发。（1分）吞吐率=5/9=55%（2分）加速比=25/9=2.78（2分）lw$2,20($1)IFIDEXMEMWBand$4,$3,$5;IFIDEXMEMWBor$6,$2,$4;IFIDEXMEMWBadd$9,$10,$11IFIDEXMEMWBslt$12,$13,$14IFIDEXMEMWB2、（15分）假设cache有4个块，块大小为1个字。分别采用两路组相联映射和直接映射。块的访问次序为0、8、0、6、8、0、8、0、6、8,替换策略采用（LRU-LeastRecentlyU

7、sed），画出每种地址映射的过程，求出每种映射方式的缺失率。答案： 直接映射的地址为，区号行号 地址流：0000(0),1000(8),0000(0),0110(6),1000(8) 0000(0),1000(8),0000(0),0110(6),1000(8)即：块0、8、0、6、8、0、8、0、6、8对应地调入cache情况如下(5分)，可见缺失率=9/10=90%(2分)块地址Cache块Hit/miss引用后caclie中的内容012300missMem080missMem800missMem062missMem0Mem680missMem8Mem600missMem080missMe

8、m800missMem062HitMem0Mem680missMem8Mem6 2-路组相联(cache共4块，每组2块，共2组，0组，1组) 地址流：0000,1000,0000,0110,1000,0000,1000,0000,0110,1000 即：块0、8、0、6、8、0、8、0、6、8对应调入cache如下表(5分)，可见缺失率=7/10=70%(2分)块地址Cache块Hit/miss引用后cacl中的内容0组1组0行1行0行1行00missMem080missMem800HitMem060missMem6替换880missMem8替换000missMem0替换680HitMem8

9、00HitMem060MissMem6替换880missMem8替换0替换策略采用(LRU-LeastRecentlyUsed)(1分)四、【20分】位模式代表的含义完全依赖于如何使用它们，按16进制给出的位模式,a=0x2509000A1、（5分）如果是MIPS指令，且指令格式如下，请给操作码、rs、rt和16位立即数的值。答案：6位操作码（op）5位rs5位rt16位Imm001001(9)01000(8)01001(9)XX0（10十进制）2、（15分）IEEE754单精度格式的数据，B=0xC1040000;C=0x41600000;计算B+C，并写出步骤和结果。答案： 写成IEEE7

10、54格式B=110000010XXXX0C=010000010XXXX0（3分） 求阶差，对阶（对大阶）：阶码相同10000010（3分） 尾数求和（+1.11）+（-1.00001）=0.10111（正数）（3分） 规格化：尾数0.XXXX0左移1位，写为1.XXXX0由于尾数左移，为了保证数值不变，所以阶码10000010减1,写为1000001（3分） 溢出判断：无溢出 舍入：无舍入 结果：B+C=010000001XXXX0=0x40B80000=5.75（101.11）（3分）【25分】1、（10分）我们知道DMA（directmemoryaccess）过程分为三个阶段，1、开始传输

11、数据的准备阶段；2、数据传输阶段；3、传输结束阶段。给出这3个阶段的具体操作。答案： 、开始传输数据的准备阶段；处理器通过提供一下参数设置DMA,设备标识、设备要执行的操作、内存中传输数据的源或目的地址、传输的字节数。（5分） 、数据传输阶段；DMA启动设备上的操作，执行互联仲裁。当数据可用湿（数据来自内存或设备）就传输数据。DMA设备提供数据读写的内存地址。如果某个请求需要传输多次数据，那么DMA单元就产生下一个内存地址并初始化下一次传输。釆用这种机制，一个DMA单元能够完成一次多字节的数据的完整传输，而不需要处理器干预。（3分） 、传输结束阶段：一旦DMA传输完成，DMA控制器向处理器发出

12、中断，然后处理器通过询问DMA设备或检査内存决定整个操作是否成功完成。（2分）2、（15分）CPU和I/O设备进行信息交换的重要方式之一是“中断方式”请给出处理中断必须的步骤。并设计出一个实现CPU和I/O设备之间通信接口的组成框图（示意图）。包括各部件功能及功能如下：寄存器选择电路：对接口寄存器寻址。命令字寄存器：接收CPU向外设的命令字，转换为相应操作命令送外设。状态字寄存器：反映设备和接口的运行状态。数据缓冲寄存器：传送数据、实现缓冲。答案：处理中断必须的步骤（8分） 对挂起中断域和中断掩码做逻辑“与”操作，看哪些被允许的中断发生了； 在这些中断中选择出优先级比较高的中断； 保存状态寄存器的中断掩码域； 改写中断掩码域屏蔽所有与之相等或更低的优先级的中断； 保存处理中断所需的处理器状态； 为了允许更高的优先级的中断发生，将原