2021年中北大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年中北大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、有如下C语言程序段：for（k=0；k<1000；k++）a[k]=a[k]+32；a及变量kint型，int4BCache采用直接映射方式、数据区1KB16BCache为空，则该程序段执行过程中访问aCache缺失率约为（）。A.1.25% B.2.5% C.12.5% D.25%2、存储器采用部分译码法片选时，（）。不需要地址译码器C.会产生地址重叠D.CPU的地址线全参与译码38位（含两位符号位），DA算术右移一位分别得（）。A.B4HEDH B.F4H6DH C.B5HEDH D.B4H6DH4、4位机器内的数值代码，则它所表示的十进制真值可能为（）。I.16 Ⅱ.-1 Ⅲ.-8 V.8I、V、ⅢIⅡ、IⅣC.ⅡⅢ、D.V5、某机字长8位，含一位数符，采用原码表示，则定点小数所能表示的非零最小正数为（）A.2-9 B.2-8 C.2-7 D.2-66、系统总线中的数据线、地址线、控制线是根据（）来划分的。A.总线所处的位置B.总线的传输方向C.总线传输的内容D.总线的材料7、下列关于总线说法中，正确的是（）使用总线结构减少了信息传输量III.使用总结结构可以提高信息的传输速度IV.使用总线结构可以减少信息传输线的条数A.I，II，III B.II，III，IV C.III，IV D.只有8、只有当程序要执行时，它才会去将源程序翻译成机器语言，而且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句，此程序称为（）。A.目标程序 B.编译程序 解释程序 汇编程9、（）可区分存储单元中在放的是指令还是数据。存储器运算C.用户10、（）不是常用三级时序系统中的一级。A.指令周期C.节拍D.定时脉冲11、关于通用寄存器，下列说法正确的是（）。可存放指令的寄存器可存放程序状态字的寄存器D.可存放运算结果的寄存器12、假设某指令的一个操作数采用变址寻址方式，变址寄存器中的值为007CH，地址007CH0124HB000HB000H中的内容为C000H，则该操作数的有效地址为（）。A.B124H B.Cl24H C.B07CH D.CO7CH13、某指令系统有200条指令，对操作码采用固定长度二进制编码时，最少需要用（）A.4 B.8 C.16 D.3214/16位为传50KB/s，每次传输的开销（包括中断）100CPU时钟，处理器50MHz，请问硬盘数据传送时占处理器时间的比例是（）。A.10% B.56.8% C.5% D.50%15、DMA方式的接口电路中有程序中断部件，其作用是（）。实现数据传送CPU提出总线使用权CPUD.发中断请求二、填空题16、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间和 17、计算机软件一般分为两大类：一类另一类叫 操作系统属类。18、数控机床是计算机方面的应用，邮局把信件自动分练是在计算面的应用。19、PCI总线是当前流行的总线。它是一个且与 无关的标准总线。20、多个用户共享主存时，系统应提。通常采用的方法保护和 保护，并用硬件来实现。21、计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采传送、 传送、 传送。22、奔腾CPU中L2级cache的内容的子集，内容又是L2级cache的子集。23、流水CPU中的主要问题相关、 相关和 相关，为此需要用相应的技术对策，才能保证流水畅通而不断流。24、中断处理需要有中。中断 产生，中等硬件支持。25、存储器的技术指标有存储容量、存取时间和 、三、名词解释题26、指令：27、通道命令：28、无条件转移：29、指令模拟：四、简答题30、I/0设备与主机交换信息时，共有哪几种控制方式。简述他们的特点。31、基本的DMA控制器的主要部件有哪些？32、控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？33、原理性地说明条件相对转移指令的指令格式和执行步骤。五、计算题34、设有一个64K×8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。35、假设机器字长为16位，其中阶码6位（包含两位阶符），尾数10位（包含两位数符）。已知十进制数x=125，y=-18.125，试计算[x-y]。（其结果用二进补制真值表示，舍入时采用0舍l入法）。36、某总线时钟频率为100MHz，在一个64位总线中，总线数据传输的周期是10个时，钟周期传输25个字的数据块，试问：总线的数据传输率是多少？少？六、综合题37、某计算机存储器按字节编址，虚拟（逻辑）地址空间大小为16MB，主存（物理》地址空间大小为1MB，页面大小为4KB；Cache采用直接映射方式，共8行；主存与Cache之闸交换的块大小为32B。系统运行到某一时刻时，页表的部分内容和Cache的部分的容如图3-50和图3-51所示，图中页框号及标记字段的内容为十六进制形式。请回答下列问题：号（物人理页号）？使用物理地址访问Cache段的位数及在物理地址中的位置。001C60H所在的页面是否在主存中？若在主存中，则该虚拟地址对应的物理地址是什么？访问该地址时是否Cache命中？要求说明理由。假定为该机配置一个4路组相连的TLB，该TLB共可存放8个页表项，若其当前内容（十六进制）如图所示，则此时虚拟地址024BACH所在的页面是否在主存中？要求说明理由。38、假设指令流水线分取指（FI）、译码（ID）、执行（EX）、回写（WR）4个过程段，共有10条指令连续输入此流水线。画出指令周期流程。画出非流水线时空图。画出流水线时空图。假设时钟周期为100ns，求流水线的实际吞吐率。求该流水处理器的加速比。39、1）指令中一般含有哪些字段？分别有什么作用？如何确定这些字段的位数？2）某机器字长、指令字长和存储字长均为16位，指令系统共能完成50种操作，采用相对寻址、间接寻址、直接寻址。试问：①指令格式如何确定？各种寻址方式的有效地址如何形成？②在①中设计的指令格式，能否增加其他寻址方式？试说明理由。参考答案一、选择题、C、C、A、D、C、C、D、C、D、A、D、C、B、C、C二、填空题16、存储周期存储器带宽17、系统软件应用软件系统软件18、自动控制人工智能19、带宽处理器20、存储保护存储区域访问方式21、主存L1cache2324、优先级仲裁向量控制逻辑25、存储周期存储器带宽三、名词解释题26、指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。27、通道命令：通道自己专门用来处理输入输出事务的指令28、无条件转移：一种转移指令类型，不管状态如何，一律进行转移操作。29、指令模拟：在一种计算机上用软件来解释执行另一种计算机的指令。四、简答题30CPUI/0设备是否已做好准备，I/02.CPUI/0设备后，不查询设备是否已准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/0CPU发出中断CPU3.直接存储器存取方式主存I/0I/0设备交换信息时，无需调用中断服务程序4.I/05.I/0处理机方式31、答：逻辑结构包括时序和控制逻辑；内部计数器、寄存器组、程序命令控制逻辑；优先级编码逻辑；地址、数据缓冲器组等部分。32、答：控制单元具有发出各种微操作命令序列的功能33、解析：按指令功能分类，一般可将指令分为以下几类：①算术和逻辑运算指令：每台计算机都不可或缺的指令，用来完成算术逻辑运算。②移位指令：用来完成算术移位和逻辑移位。③数据传送指令：用来完成CPU机器中还可以用来完成CPU与I/O设备的数据传送。④转移指令、子程序调用与返回指令：主要用来改变指令执行次序的问题。⑤其他指令：停机指令，开、关中断指令等。按操作数个数分类，一般可分为：①零操作数指令。②单操作数指令。③双操作数指令。④多操作数指令。五、计算题34、解析：存储基元总数=64K×8位=512K位=219位。思路：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因为地址位数和字数成2的幂的关系，可较好地压缩线数。设地址线根数为a，数据线根数为b，则片容量为2a×b=219；b=219-a。若a=19，b=l，总和=19+1=20；若a=18，b=2，总和=18+2=20；若a=17，b=4，总和=17+4=21；若a=16，b=8，总和=16+8=24；由上可看出，片字数越少，片字长越长，引脚数越多。片字数、片位数均按2的幂变化。通过证明也是能得出结论的，我们要最小化a+b=a+219-4。令F（a）=a+b=a+219-4，对a求导后，得到1-ln2×a×29。在1≤a≤l8时，F是单调递减函数，所以在这个区间最小值为F（18）=20，剩下F（19）=20。所以得出结论：如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分配方案有两种：地址线=19根，数据线=1根；地址线=18根，数据线=2根。35、64.解析：首先将x和y转换成浮点数x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101x补 由于jx=00，0111，因此[jx]=00，0111，同理[-jy]=11，1011故[j]=00，0111；x补 补y[-j]=00，0101；11.01101111y补下面可以按照5个步骤来做：对阶。求阶差：[∆]=[jx]-[jx]=[jx]+[-jy]

。=000111+111011=000010𝑗补 补 补 补 补所以y的阶码要低2，故应该y向x对齐，y尾数需要右移两位，阶码加2，如下：[y]=000111，11.110110112）补尾数求差。00.11111010+00.00100101（y尾数的负数补码）01.00011111补即[x-y]=00，0111；01.00011111。补01.×××…x，说明需要右规一次即可，阶码加1，最后可得[x-y]

=00，1000；00.100011111（加了下画线的1为右规丢弃的1）补舍入处理。ft于右规低位丢1，因此尾数末位加1，即尾数变为00.10010000。溢出判断。最后阶符为0000.10010000转换为二进制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=10010000

=001000，补36、解析：10-8s，则一个总线传输周期为10-7s，也就是说，10-7s可以传送64×25bit的信息，即200B。故总线的数据传输率为200B/10-7s=2000MB/s如果将时钟频率减半，可以计算出时钟周期为2×10-8s为2×10-7s，也就是说，2×10-7s可以传送200B的信息，故总线的数据传输率为200B/2×10-7s=1000MB/s六、综合题37、解析：1）由于虚拟地址空间大小为16MB，且按字节编址，因此虚拟地址共有24位（24=16M）。由于页面大小为4KB（212=4K），因此虚页号为前12位。由于主存（物理）地址空间大小为1MB，因此物理地址共有20位（220=lM）。由于页内地址有12位，因此20-12=8，即前8位为页框号。Cache3个字段，如下：分析：由于块大小为32B，因此字块内地址占5位。又由于Cache共8行，因此字块标记占3位。综上所述，主存字块标记占20-5-3=12位。虚拟地址001C60H的虚页号为前12001H=1。查表可知，其有效位为1，故在内存中。虚页号为l对应页框号为04H，故物理地址为04C60H。由于采用的是直接映射方式，因此对应Cache行号为3。尽管有效位为1，但是由于标记位04CH#105H，故不命中。由于采用了4TLB被分为2组，每组4应划分成3个字段，如下：将024BACH转成二进制为000000100100101110101100，可以看出组号为0。标记为00000010010，换成十六进制为000000010010（高位补一个0），即012H，从图3-51中的0组可以看出，标记为012H页面的页框号为1F，故虚拟地址024BACH所在的页面在主存中。38、解析：指令周期包括FI、ID、EX和WR这4个子过程，则指令周期流程如图a所示。非流水线时空图如图b所示。假设一个时间单位为一个时钟周期，则每隔4钟周期才有一个输出结果。流水线时空图如图c所示。由图c可见，第一条指令出结果需要4当流水线满载时，以后每一个时钟周期可以出一个结果，即执行完一条指令。由图c所示的1013个时钟周期结束时，CPU执行完1010条指令/s。在流水处理器中，当任务饱满时，指令不断输入流水线，不论是几级流水线，每隔个时钟周期都输出一个结果。对于本题4级流水线而言，处理10条指令所需的时钟周期数=4+（10-1）=13，而非流水线处理10条指令需4×10=40个时钟周期，所以该流水处理器的加速比为40/13=3.0839、32.解析：指令字中一般有3种字段：操