计算机组成与结构期中考试题库

1、第1章计算机系统概论教材P.14例题。教材P.16第8题。答：CPI =1X43% + X 21% + 2X12% + 2X24% = 1.57MIPS = 40/1.57 = 25.5第2章计算机的运算方法1)当十六进制数 9BH和FFH分别表示为原码、补码、反码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少(设机器数采用1位符号位)？答：(1) 9BH对应表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时的十进制数分别为：-27、-101、-100、155FFH对应表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时的十进制数分别为：-127、-1、-0、255 .51 一一2)设浮点数格式为：阶码 5位(含1位阶符)

2、，尾数11位(含1位数符)。写出 一所对应128的机器数。要求如下：(1)阶码和尾数均为原码。(2)阶码和尾数均为补码。答： 巴=0.0110011=0.110011 X2-1=0.1100110000 X2-0001128(1)阶码和尾数均为原码表示的浮点数为：1 0001； 0 1100110000(2)阶码和尾数均为补码表示的浮点数为：1 1111; 0 1100110000 3)假设阶码取3位，尾数取6位(均不包括符号位)，两数在计算机中以补码表示，并采用双符号位，计算 25x 11 + 24X(-) 1616答：X=25X H=25X 0.1011, Y=24X(- - )=24X

3、(- 0.1001) 1616假设两数在计算机中以补码表示，并采用双符号位，可表示为X : 00 10100 101100Y : 00 10011 011100运算步骤为：(1)对阶AEW=Ex补+-Ey补=00, 101+11 , 100=00, 001,即 AE =1, Y 的阶码小，应使 My 右移 1 位，Ey 力口 1,得Y浮=00 101 11 101110 (0)(2)尾数求和00.101100+11.101110 (0) =00.011010 (0)(3)规格化处理结果的符号位00与最高数值位0相同，需左归。尾数左移一位，阶码减 1,得X+Y 浮=00 10000.110100

4、(4)舍入处理采用0舍1入法处理得尾数为 00. 110100(5)判溢出阶码符号位为00,不溢出，故得最终结果为：413X+Y浮=00 10000.110100=24X 16教材P.38例题。第3章指令系统1)某指令系统字长为 16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该指令系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。答：固定操作码为4位。8条三地址指令操作码为：00000111 (剩下1000m1111共8个扩展窗口)16条二地址指令操作码为：1000 00001000 1111(剩下 1001 0000-1111 1111 共 112 个扩展窗口)100 条一地址指令操作码

5、为：10010000 0000 -10010110 00112)设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如果定义了 13条二地址指令，试问还可安排多少条一地址指令？答：指令字长为16位，每个操作数的地址为 6位，固定操作码为4位，最多可定义16条二地址 指令。现共定义了 13条二地址指令，故剩下 3个扩展窗口，最多可安排一地址指令条数为：3X26=192 条3)某机指令字长16位，每个操作数的地址码为6位，设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若零地址指令有M种，一地址指令有 N种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种

6、？答：(1)若操作码长度固定，则操作码位数为4位，故二地址指令条数为：16-M-N(2)若操作码位数可变，假设二地址指令有X种，则：M= (16-X) X 26-NX26.X=16-N X2-6-M X2-124)教材P.63习题：第3题。16 -3 * 4 = 4(24-M ) X 24-N X 245)设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(用补码表示)，假设当前转移指令第一字节所在地址为2000H ,且CPU每取出一个字节便自动完成(PC)+1 -PC的操作。试问当执行 JMP * +8 ”和“ JMP * -9 ”指令时，转移指令第二字节的内容各 为多少

7、？答：(1)根据汇编语言指令 JMP * +8,即要求转移后的目标地址为2000H+08H=2008H，但因为CPU取出该指令后 PC值已修改为2002H ,故转移指令第二字节的内容应为 +6 (十进制)， 写成补码为06H。(2)同理，执行 JMP * -9”指令时，要求转移指令第二字节的内容应为-11 (十进制)，写成补码为：F5H6)某机主存容量为 4M X 16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成108种操作。操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即六种寻址方式，试回答以下问题。(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；一次

8、间接寻址和多次间接寻址的寻址范围；(4)立即数的范围(十进制表示)(5)相对寻址的位移量(十进制表示)(6)上述六种寻址方式的指令中哪一种执行时间最短，哪一种最长，为什么？(7)如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M ?(8)为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。答：(1) 一地址指令格式为：OPMA其中OP为操作码字段，共 7位，可完成108种操作；M为寻址方式特征位，共 3位，可反映6种寻址方式；A形式地址，共16-7-3=6位。(2)直接寻址的最大范围为：26=64(3)由于存储字长为16位，故一次间址的寻址范围为216。若多次间址，需用存储字的最高

9、位来区别是否继续间接寻址，故寻址范围为215。(4)立即数的范围是-3231 (有符号数)或 063 (无符号数)(5)相对寻址的位移量为-32 -+31(6)上述六种寻址方式中，因立即数由指令直接给出，故立即寻址的指令执行时间最短。间接寻址在指令的执行阶段要多次访存，故执行时间最长。(7)若指令的格式改为双字指令，即OPMA1A2其中OP 7位，M 3位，Ai 6位，A2 16位，即指令的地址码字段共16+6=22位，则指令的直接寻址范围可扩大到 4M。(8)为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，寻址范围需达到4M,除了采用(7)所示的格式外，还可配置22位的基址寄存器或 22位的变址寄存

10、器，使EA= (BR) +A或EA= (IX) +A ,便可访问4M存储空间。还可以通过 16位的基址寄存器左移 6位再和形式地址相加，也可 达到同样的效果。7)设某机器共能完成 78种操作，若指令字长16位，试问一地址格式的指令地址码可取几位？ 若想使指令的寻址范围扩大到216,可采用什么办法？举出三种以上不同的例子加以说明。答：根据78种操作，可求出操作码位数为7位，则单地址格式白指令地址码占16-7= 9位。直接寻址范围为29=512 o若想使指令的寻址范围扩大到216,可采用以下三种寻址方法：(1)若指令字长等于存储字长均为16位，则采用间接寻址可使寻址范围扩大到216,因为间址时(设

11、非多次间址)从存储单元中取出的有效地址为16位。(2)采用变址寻址，并设变址寄存器 RX为16位，则有效地址 EA= (RX) +A (形式地址)， 即可使寻址范围扩大到 216。(3)采用基址寻址，并设基址寄存器 RB为16位，则有效地址 EA= (RB) +A (形式地址)， 即可使寻址范围扩大到 216。8) CPU内有32个32位的通用寄存器， 设计一种能容纳 64种操作的指令系统。 假设指令字长 等于机器字长，试回答以下问题。(1)如果主存可直接或间接寻址，采用寄存器-存储器型指令，能直接寻址的最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含义。(2)在满足(1)的前提下，如果采用通

12、用寄存器作基址寄存器，则上述寄存器-存储器型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？ 答：(1)根据题意指令格式如下：OPIRA其中OP占6位，为操作码，可容纳 64种操作；I占1位，为直接/间接寻址方式(1=1为间 址，1=0为直接寻址)；R占5位，为32个通用寄存器编号； A占20位，为形式地址。这种指令格式能直接寻址的存储空间为220=1M。(2)根据题意，保留(1)格式的OP, I, R字段，增加B字段，用以指出哪个寄存器为基 址寄存器。此时基址寻址的特征隐含在OP中。其指令格式如下：OPIRBA其中OP占6位，为操作码，对应64种操作；I占1位，为直接

13、/间接寻址方式(1=1为间址,I=0为直接寻址)；R占5位，为32个通用寄存器编号；B占5位，为基址寄存器编号；A占15位，为形式地址。因为通用寄存器 32位，用它作基址寄存器后，有效地址EA等于基址寄存器内容加上形式地址，可得32位得有效地址，故寻址范围可达232=4G。第4章控制器部件1)什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？答：指令周期是CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间，也即CPU完成一条指令的时间。机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器周期。时钟周期是机器主频的倒数，也可称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。一个指令周期包含若干个机

14、器周期，一个机器周期又包含若干个时钟周期，每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期的时钟周期数也可以不等。2)能不能说CPU的主频越快，计算机的运行速度就越快？为什么？答：不能说CPU的主频越快，计算机的运行速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关，还与机器周期中所含的时钟周期数以及指令周期中所含的机器周期数有关。同样主频的机器，由于机器周期所含时钟周期数不同，机器的速度也不同。 机器周期中所含时钟周期数少的机器，速度更快。 此外，机器的速度还和其他很多因素有关，如主存的速度、机器是否配有Cache、总线的数据传输率、硬盘的速度以及机器是否采用流水技术等。3)设机器 A的主频为8MHz

15、 ,机器周期含 4个时钟周期，且该机的平均指令执行速度是 0.4MIPS，试求该机的平均指令周期和机器周期。每个指令周期包含几个机器周期？如果机器 B的主频为12MHz ,且机器周期也包含4个时钟周期，试问 B机的平均指令执行速度为多少MIPS ?答：根据机器A的主频为8MHz ,得时钟周期为1/8MHz=0.125 Ms(1)机器周期=0.125sx 4=0.5-S(2)平均指令执行时间是 1/0.4MIPS=2.5心(3)每个指令周期含2.5/0.5=5个机器周期B机的平均指令执行速度为 0.4X 12/8=0.6MIPS4)设某计算机的 CPU主频为8MHz,每个机器周期平均含2个时钟周

16、期，每条指令平均有4个机器周期，试问该计算机的平均指令执行速度为多少MIPS ?若CPU主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS ?由此可得出什么结论？答：根据主频为8MHz,得时钟周期为1/8MHz=0.125 Ms,机器周期为0.125MsX 2=0.25Ns,指令 周期为0.25sx 4=1s。(1)平均指令执行速度为1/1=1MIPS(2)若CPU主频不变，机器周期含 4个个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则指令周期为0.125MSX 4X 4=2 ps,故平均指令执行速度为1/2=0.5MIPS。(3)可见

17、机器的速度并不完全取决于主频。5)设控制存储器的容量为512X48位，微程序可在整个控存空间实现转移，而控制微程序转移的条件共有4个(采用直接控制)，微指令格式如下：微指令字段判别测试字段下址字段操作控制 ilk顺序控制4试问微指令中的3个字段分别为多少位？答：已知控制存器有 512个单元，故下地址段字段应为9bito又已知有4个测试条件，若采用直接表示法，故需4位。这样微命令字段即为 48-4-9=35bit。6)某计算机采用微程序控制。某加法指令的执行包括A(取指令)、B、C D四个步骤，共8种微操作。每个步骤执行的微操作如下表。采用水平型微指令，请在控制存储器的各字段中填入相应内容，且求

18、每个微指令字的长度，及各字段的长度。“Y操作 步於、12345678步骤AVVV步骤BVVV步骤CVVV步骤DVVV控制存储器控制字段下址字段步骤A:1000XXXX步骤B:1001步骤C:1010步骤D:1011控制字段的长度：下址字段的长度：微指令字的长度：答：控制字段下址字段步骤A:100011010000XXXX步骤B:1001011010001010步骤C:1010100101001011步骤D:1011000010111000控制字段的长度：8下址字段的长度：4微指令字的长度：8+4=12第5章存储系统1)某机字长为32位，其存储容量是 64KB,按字编址其寻址范围是多少?答：按字

19、编址的寻址范围是 16K。2) 一个8K X 8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成 256X256形式，存取周期为0.1g。试 问采用集中刷新、分散刷新及异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？答：(1)集中刷新间隔为：2ms (共20000个存取周期)(2)分散刷新间隔为：256个存取周期(但存取周期为0.2Ns),即51.2Mso(3)异步刷新间隔为：2ms/256=7.8电 即每隔7.8Ns刷新一行，但对每行来说， 刷新间隔仍为2ms。3)某8位微型计算机地址码为 18位，若使用4K X 4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器， 试问：(1)该机所允许的最大主存空间是多少？(2)若每个模块板为 32Kx 8位，共需几个模块板？(3)每个模块板内共有几片RAM芯片?(4)共有多少片 RAM ?CPU如何选择各模块板？答：(1)主存容量为218=256KB(2)共需模块板数为：256/32=8(3)每个模块板内芯片数为：32X8/ (4X4) =16片(4)共需 RAM 芯片数为：8X16=128片18根地址线分配如下： A113。作为4KX4位的RAM芯片本身的地址线； A144A12作 为模块板内片选地址，采用3-8译码器共8个输出，每个输出选2片4KX4位的RAM芯片；A17、A15 作为模块板的地址，同样采用 3-8译码器，每个输出