2022年南京信息工程大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2022年南京信息工程大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、关于Cache的3种基本映射方式，下面叙述中错误的是（）。A.Cache的地址映射有全相联、直接和多路组相联3种基本映射方式B.全相联映射方式，即主存单元与Cache单元随意对应，线路过于复杂，成本太高C.多路组相联映射是全相联映射和直接映射的一种折中方案，有利于提高命中率D.直接映射是全相联映射和组相联映射的一种折中方案，有利于提高命中率2、容量为64块的Cache采用组相联映射方式，字块大小为128个字，每4块为一组。如果主存为4K块，且按字编址，那么主存地址和主存标记的位数分别为（）。A.16，6B.17，6C.18，8D.19，83、假设机器字长为16位，用定点补码小数表示时，一个字所能表示的范围是（）。A.0~（1-2-15）B.-（1-2-15）~（1-2-15）C.-1~1D.-1~（1-2-15）4、假设在网络中传送采用偶校验码，当收到的数据位为10101010时，则可以得出结论（）A.传送过程中未出错B.出现偶数位错C.出现奇数位错D.未出错或出现偶数位错5、当定点运算发生溢出时，应（）。A.向左规格化B.向右规格化C.舍入处理D.发出出错信息6、在集中式总线控制中，响应时间最快的是（）。A.链式查询B.计数器定时查询C.独立请求D.分组链式查询7、总线按连接部件不同可分为（）。A.片内总线、系统总线、通信总线B.数据总线、地址总线、控制总线C.主存总线I/O总线、DMA总线D.ISA总线、VESA总线、PCI总线8、计算机硬件能够直接执行的是（）。1.机器语言程序IⅡ.汇编语言程序Ⅲ.硬件描述语言程序入A.仅IB.仅I、ⅡC.仅I、ⅢD.I、Ⅱ、Ⅲ9、下列关于配备32位微处理器的计算机的说法中，正确的是（）。该机器的通用寄存器一般为32位Ⅱ.该机器的地址总线宽度为32位Ⅲ.该机器能支持64位操作系统IV.一般来说，64位微处理器的性能比32位微处理器的高A.I、ⅡB.I、ⅢC.I、ⅣD.I、IⅡ、Ⅳ10、禁止中断的功能可以由（）来完成。A.中断触发器B.中断允许触发器C.中断屏蔽触发器D.中断禁止触发器11、在中断周期，CPU主要完成以下工作（）。A.关中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址B.开中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址C.关中断，执行中断服务程序D.开中断，执行中断服务程序12、计算机执行乘法指令时，由于其操作复杂，需要更多的时间，通常采用（）控制方式。A.异步控制B.延长机器周期内的节拍数C.中央控制与局部控制相结合D.同步控制与异步控制相结合13、某计算机主存地址空间大小为256MB，按字节编址。虚拟地址空间大小为4GB，采用页式存储管理，页面大小为4KB，TLB（快表）采用全相联映射，有4个页表项，内容见下图对虚拟地址03FFF180H进行虚实地址变换的结果是（）。A.0153180HB.0035180HC.TLB缺失D.缺页14、某机器采用16位单字长指令，采用定长操作码，地址码为5位，现已定义60条地址指令，那么单地址指令最多有（）条。A.4B.32C.128D.25615、四地址指令OPA1A2A3A4的功能为（A1）OP（A2）一A3，且A4给出下一条指令地址，假设A1，A2，A3，A4都为主存储器地址，则完成上述指令需要访存（）次。A.2B.3C.4D.5二、填空题16、RISC的中文含义是______，CISC的中文含义是______17、RISC的中文含义是________，CISC的中文含义是________。18、多媒体CPU是带有________技术的处理器。它是一种________技术，特别适合于图像数据处理。19、多个用户共享主存时，系统应提供_______。通常采用的方法是_______保护和_______保护，并用硬件来实现。20、计算机软件一般分为两大类：一类叫______，另一类叫______操作系统属于______类21、数控机床是计算机在_______方面的应用，邮局把信件自动分练是在计算机_______方面的应用。22、数组多路通道允许________个设备进行________型操作，数据传送单位是________23、计算机的_______是计算机_______结构的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。24、当今的CPU芯片除了包括定点运算器和控制器外，还包括_______、_______运算器和_______管理等部件。25、相联存储器是按_________访问的存储器，在cache中用来存放_________，在虚拟存储器中用来存放_________.三、名词解释题26、外围设备：27、机器周期：28、触摸屏：29、无条件转移：四、简答题30、什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？31、什么是指令格式？计算机指令为什么要有一定的格式？32、写出浮点数补码规格化形式。当尾数出现什么形式时需要规格化？如何规格化？33、简要说明程序中断接口中IM、IR、EI、RD、BS五个触发器的作用。五、计算题34、设某机主存容量为16MB，Cache的容量为8KB，且按字节编址。每字块8个字，每字32位。设计一个4路组相联映射的Cache组织。1）画出主存地址字段中各段的位数。2）设Cache初态为空，CPU依次从主存0，1，2，…，99号单元中读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此次序10次，问命中率是多少？3）若Cache速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？4）系统的效率是多少？35、一个16K×16位的存储器，有lK×4位的DRAM芯片，内部结构由64×64构成，试问：1）采用异步刷新方式，如果最大刷新间隔为2ms，则相邻两行之间的刷新间隔是多少？2）如果采用集中刷新方式，则存储器刷新一遍最少用多少个存储周期？设存储器的存储周期为0.5us，“死区”占多少时间？“死时间率”为多少（刷新周期为2ms）？36、假设硬盘传输数据以32位的字为单位，传输速率为1MB/s.CPU的时钟频率为50MHz。1）采用程序查询的输入/输出方式，假设查询操作需要100个时钟周期，求CPU为I/O查询所花费的时间比率，假定进行足够的查询以避免数据丢失。2）采用中断方式进行控制，每次传输的开销（包括中断处理）为100个时钟周期。求CPU为传输硬盘数据花费的时间比率。3）采用DMA控制器进行输入/输出操作，假定DMA的启动操作需要1000个时钟周期，DMA完成时处理中断需要500个时钟周期。如果平均传输的数据长度为4KB，问在硬盘工作时处理器将用多少时间比率进行输入/输出操作，忽略DMA申请使用总线的影响。六、综合题37、在一个8级中断系统中，硬件中断响应从高到低的优先顺序是：1→2→3→4→5→6-7-8，设置中断屏蔽寄存器后，中断处理的优先顺序变为1→5→8→3→2→4→6→7。1）应如何设置屏蔽码？2）如果CPU在执行一个应用程序时有5、6、7级3个中断请求同时到达，中断请求8在6没有处理完以前到达，在处理8时中断请求2又到达CPU，试画出CPU响应这些中断的顺序示意图。38、在信号处理和科学的应用中，转置矩阵的行和列是一个很重要的问题。从局部性的角度来看，它也很有趣，因为它的引用模式既是以行为主的，也是以列为主的，例如，考虑下面的转置函数：1.Tpedefintarraya[2][2]；2.3.voidtransposel（arraydst，arraysrc）4.{5.inti，j；6.for（i=0；i<2；1++）{7.for（j=0；j<2；j++）{8.dst[j][i]=src[i][j]；9.}10.}11.}假设在一台具有如下属性的机器上运行这段代码：sizeof（int）==4。src数组从地址0开始，dst数组从地址16开始（十进制）。只有一个L1数据高速缓存，它是直接映射的、直写、写分配，块大小为8个字节。这个高速缓存总的大小为16个数据字节，一开始是空的。对src和dst数组的访问分别是读和写不命中的唯一来源。问题如下：1）对每个row和col，指明对src[row][col]和dstfrow][col]的访问是命中（h）还是不命中（m），例如，读src[0][0]会不命中，写dst[0][0]也不命中，并将结果填至下列表格中。2）对于一个大小为32数据字节的高速缓存，指明src和dst的访问命中情况，并将结果填至下列表格中。39、某计算机采用16位定长指令字格式，其CPU中有一个标志寄存器，其中包含进位/借位标志CF、零标志ZF和符号标志NF。假定为该机设计了条件转移指令，其格式如图所示。其中，00000为操作码OP；C、Z和N分别为CF、ZF和NF的对应检测位，某检测位为l时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有一个为1就转移，否则不转移，例如，若C=l，Z=0，N=1，则需检测CF和NF的值，当CF=l或NF=1时发生转移；OFFSET是相对偏移量，用补码表示。转移执行时，转移目标地址为（PC）+2+2×OFFSET；顺序执行时，下条指令地址为（PC）+2。请回答下列问题。1）该计算机存储器按字节编址还是按字编址？该条件转移指令向后（反向）最多可跳转多少条指令？2）某条件转移指令的地址为200CH，指令内容如图所示，若该指令执行时CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后PC的值是多少？若该指令执行时CF=1，ZF=0，NF=0，则该指令执行后PC的值又是多少？请给出计算过程。3）实现“无符号数比较小于等于时转移”功能的指令中，C、Z和N应各是什么？4）下图是该指令对应的数据通路示意图，要求给出图中部件①~③的名称或功能说明

参考答案一、选择题1、D2、D3、D4、D5、D6、C7、A8、A9、C10、B11、A12、C13、A14、A15、C二、填空题16、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机17、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机18、MMX多媒体扩展结构19、存储保护存储区域访问方式20、系统程序应用程序系统程序21、自动控制人工智能22、1（单）传输数据块23、软件系统24、cache浮点存储25、内容行地址表段表、页表和快表三、名词解释题26、外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。27、机器周期：指令执行中每一步操作所需的时间。28、触摸屏：一种具有触摸式输入功能的显示屏或者附加显示屏上的输入设备，用于输入屏幕位置信息，通常与屏幕菜单配合使用。29、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。四、简答题30、答：指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。31、答：对计算机指令的编码的格式称为指令格式；以便计算机能区分指令和数据；32、解析：设浮点数尾数采用双符号位，当尾数呈现00.1×××…×或者11.0×××…×时，即为补码规格化形式。当尾数出现01.×××…×或10.××x…×时，需要右规一次，即尾数右移一位，阶码加1。当尾数出现00.0×××…×或11.1××x…x时，需要左规N次（N不定），尾数每左移一位，阶码减1，直到尾数呈现规格化形式为止。33、答：它们的作用是：中断屏蔽触发器（IM）：CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM标志为“0”时，CPU可受理外界中断请求。中断请求触发器（IR）：暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。IR标志为“1”时表示设备发出了中断请求。允许中断触发器（EI）：用程序指令来置位，控制是否允许某设备发出中断请求。EI为“1”时，某设备可以向CPU发出中断请求。准备就绪的标志（RD）：一旦设备做好一次数据的接受或发送，便发出一个设备动作完毕信号，使RD标志为“1”。工作触发器：（BS）：设备“忙”的标志，表示设备正在工作。五、计算题34、解析：1）主存地址字段如图所示。2）由于Cache初态为空，因此CPU读0号单元时不命中，必须访存，同时将该字所在的主存块调入Cache（调入内存一定是一整块调入，而一块包括8个单元），接着CPU读1~7号单元均命中。同理，CPU读8，16，…，96号单元均不命中。可见，CPU在连续读100个字中共有13次未命中，而后9次循环读100个字全部命中，命中率为100×10-13100×103）设主存存储周期为5t，Cache的存储周期为t，没有Cache的访问时间是5t×l000，有Cache存储周期为t×（1000-13）+5t×13，则有Cache和无Cache相比，速度提高的倍数为5t×10004）系统的效率为t35、解析：不论采用何种刷新方式，刷新都是从单个芯片的存储容量着手。1）采用异步刷新方式，在2ms时间内把芯片的64行刷新一遍，相邻两行之间的刷新间隔=2ms/64=31.25μs，可取的刷新间隔为31μs。2）如果采用集中刷新方式，则存储器刷新一遍最少用64个存储周期，因为存储器的存储周期为0.5μs，则“死区”=0.5μs×64=32μs，“死时间率”=32μs/2000μs×100%=l.6%。36、解析：1）假设采用程序查询方式，则可算出硬盘每秒进行查询的次数为：1MB/4B=250K次，而查询250K次需要的时钟周期数为250K×100=25000K，则可算出CPU为1/0查询所花费的时间比率为25000×10002）假设采用中断方法进行控制，每传送一个字需要的时间为4B1MB/s=4μs的开销为100个时钟周期，还得先计算出时钟周期，即150MHz=0.02s。所以，每次传输的50MHz开销为2μs，故CPU为传输硬盘数据花费的时间比率为3）：可算得每秒传输次数1MB/4KB=250次，所以CPU为传输硬盘数据花费的时间比率为1000+500六、综合题37、解析：1）中断屏蔽码见表2）中断处理示意图如图所示。5、6、7级中断请求同时到达，CPU按响应优先顺序首先执行中断服务程序⑤，在中断⑤执行完后回到现行程序，再按响应优先顺序先进入中断服务程序④。由于中断请求的处理优先级，高于中断④，因此中断⑤被打断，进入中断服务程序③。当处理中断③的过程中又有一个中断请求②到达，由于②的优先级低于中断8，因此中断服务程序③可继续执行。中断8执行完后问到被打断的中断⑤，但中断③又被中断请求②打断，而进入中断服务程序②。中断②执行完后才回到中断⑤，中断⑤执行完后回到现行程序，再按响应优先顺序进入中断服务程序=7\*GB3⑦。中断=7\*GB3⑦执行完后回到现行程序，整个中断处理完毕。38、解析：1）解决这个问题的关键是想象出如图所示的关系图。注意：每个高速缓存行只包含数组的一个行，高速缓存正好只够保存一个数组，而且对王所有isrc和dst的行i都映射到同一个高速缓存行（0