2021年长春理工大学数据科学与大数据技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年长春理工大学数据科学与大数据技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、某计算机使用4体交叉编址存储器，假定在存储器总线上出现的主存地址（十进制）序列为8005，8006，8007，8008，8001，8002，8003，8004，8000，则可能发生访存冲突的地址对是（）。A.8004和8008B.8002和8007C.8001和8008D.8000和80042、某机器的主存储器共32KB，由16片16K×l位（内部采用128×128存储阵列）的DRAM芯片字和位同时扩展构成。若采用集中式刷新方式，且刷新周期为2ms，那么所有存储单元刷新一遍需要（）个存储周期。A.128B.256C.1024D.163843、某数采用IEEE754标准中的单精度浮点数格式表示为C6400000H，则该数的值是（）。A.-1.5×213B.-1.5×212C.-0.5×213D.-0.5×2124、下列为8位移码机器数[x]移，当求[-x]移时，（）将会发生溢出。A.11111111B.00000000C.10000000D.011l1l115、在补码加减交替除法中，参加操作的数和商符分别是（）。A.绝对值的补码在形成商值的过程中自动形成B.补码在形成商值的过程中自动形成C.补码由两数符号位“异或”形成D.绝对值的补码由两数符号位“异或”形成6、总线的通信控制主要解决（）问题。A.由哪个主设备占用总线B.通信双方如何获知传输开始和结束C.通信过程中双方如何协调配合D.B和C7、在链式查询方式下，若有N个设备，则（）。A.只需一条总线请求线B.需要N条总线请求线C.视情况而定，可能一条，也可能N条D.以上说法都不对8、假定编译器对高级语言的某条语句可以编译生成两种不同的指令序列，A、B和C三类指令的CPl和执行两种不同序列所含的三类指令条数见下表。则以下结论错误的是（）。I.序列一比序列二少l条指令Ⅱ.序列一比序列二的执行速度快Ⅲ.序列一的总时钟周期数比序列二多1个Ⅳ.序列一的CPI比序列二的CPI大A.I、llB.1、ⅢC.ll、1VD.Ⅱ9、冯·诺依曼型计算机的设计思想主要有（）。1.存储程序Ⅱ.二进制表示Ⅲ.微程序方式Ⅳ.局部性原理A.I，ⅢB.Ⅱ，ⅢC.IⅡ，IⅣD.I，IⅡ10、某指令格式如下所示。OPMID其中M为寻址方式，I为变址寄存器编号，D为形式地址。若采用先变址后间址的寻址方式，则操作数的有效地址是（）。A.I+DB.（I）+DC.(（I）+D)D.（（I））+D11、（）不是常用三级时序系统中的一级。A.指令周期B.机器周期C.节拍D.定时脉冲12、在下列寻址方式中，（）方式需要先计算，再访问存。A.相对寻址B.变址寻址C.间接寻址D.A、B13、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.25614、下列选项中，用于提高RAID可靠性的措施有（）。I.磁盘镜像II.条带化III.奇偶校验IV.增加Cache机制A.仅I，IIB.仅I，IIIC.仅I，III，IVD.仅II.、III，IV15、流水线中有3类数据相关冲突：写后读相关、读后写相关、写后写相关。那么下列3组指令中存在读后写相关的是（）。A.I1，SUBR1，R2，R3；（R2）-（R3）→R1I2，ADDR4，R5，R1；（R5）+（R1）→R4B.I1，STAM，R2；（R2）→M，M为主存单元I2，ADDR2，R4，R5；（R4）+（R5）→R2C.I1，MULR3，R2，R1；（R2）×（R3）→R3I2，SUBR3，R4，R5；（R5）-（R4）→R3D.以上都不是二、填空题16、CPU能直接访问_______和_______，但不能直接访问磁盘和光盘。17、存储器和CPU连接时，要完成______的连接；______的连接和_______的连接，方能正常工作。18、闪速存储器特别适合于_______微型计算机系统，被誉为_______而成为代替磁盘的一种理想工具。19、PCI总线是当前流行的总线。它是一个高_________且与_________无关的标准总线。20、多媒体CPU是带有_______技术的处理器，它是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于_______处理。21、计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用______传送、______传送、______传送。22、并行I/O接口_______和串行I/O接口_______是两个目前最具权威性和发展前景的标准接23、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。24、微程序设计技术是利用________方法设计________的一门技术。25、双端口存储器和多模块交叉存储器属于________存储器结构。前者采用________技术，后者采用________技术。三、名词解释题26、系统软件：27、同步控制方式：28、EPROM：29、微程序：四、简答题30、CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否相同？为什么？31、以DMA方式实现传送，大致可分为哪几个阶段？32、简要说明通用I/O标准接口SCSI的性能特点。33、请说明程序查询方式与中断方式各自的特点。五、计算题34、一个直接映射的Cache有128个字块，主机内存包含16K个字块，每个块有16个字，访问Cache的时间是10ms，填充一个Cache字块的时间是200ms，Cache的初始状态为空。1）如果按字寻址，请定义主存地址字段格式，给出各字段的位宽；2）CPU从主存中依次读取位置16~210的字，循环读取10次，则访问Cache的命中率是多少？3）10次循环中，CPU平均每次循环读取的时间是多少？35、设浮点数字长为16位，其中阶码5位（含一位阶符），尾数11位（含一位数符），将十进制数+13/128写成：二进制定点数和浮点数，并分别写出它在定点机和浮点机中的机器数形式。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、假定在一个8位字长的计算机中运行如下类C程序段：unsignedintx=134；unsignedinty=246；intm=x；intn=y；unsignedintz1=x-y；unsignedintz2=x+y；intkl=m-n；intk2=m+n；若编译器编译时将8个8位寄存器R1~R8分别分配至变量x、y、m、n、zl、z2、kl和k2，则回答下列问题（提示：带符号整数用补码表示）：1）执行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的内容分别是什么（用十六进制表示）？2）执行上述程序段后，变量m和k1的值分别是多少（用十进制表示）？3）上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算，这4种运算能否利用同一个加法器及辅助电路实现？简述理由。4）计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出？上述程序段中，哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出？38、设某机有4个中断源A、B、C、D.其硬件排队优先顺序为A>B>C>D，现要求将中断处理顺序改为D>A>C>B。1）写出每个中断源对应的屏蔽字。2）按图所示的时间轴给出的4个中断源的请求时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设每个中断源的中断服务程序时间均为20s。39、在按字节编址的计算机M上，fl的部分源程序（阴影部分）与对应的机器级代码（包括指令的虚拟地址）如下：其中，机器级代码包括行号、虚拟地址、机器指令和汇编指令。请回答下列问题（1）计算机M是RISC还是CISC，为什么？（2）fl的机器指令代码共占多少字节，要求给出计算过程。（3）第20条指令cmp通过i减n-1实现对i和n-l的比较。执行fl（0）过程中，当i=0时，cmp指令执行后，进/借位标志CF的内容是什么？要求给出计算过程。（4）第23条指令shl通过左移操作实现了power*2运算，在f2中能否也用shl指令实现power*2运算？为什么？

参考答案一、选择题1、D2、A3、A4、B5、B6、D7、A8、D9、D10、C11、A12、D13、A14、B15、B二、填空题16、cache主存17、顺序寻址方式跳跃寻址方式18、便携式固态盘19、带宽处理器20、MMX图像数据21、并行串行复用22、SCSIIEEE139423、系统软件应用软件系统软件24、软件操作控制器25、并行空间并行时间并行三、名词解释题26、系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件，与具体的应用领域无关。27、同步控制方式：任何一条指令或指令中的任何一个微操作的执行，都由事先确定且有统基准时标的时序信号所控制的方式，叫做同步控制方式。28、EPROM：可擦写可编程的ROM，可以被用户编程多次。靠紫外线激发浮置栅上的电荷以达到擦除的目的。8，EEPROM：电可擦写可编程的ROM，能够用电子的方法擦除其中的内容。9，SDRAM：同步型动态随机访问存储器，在系统时钟控制下进行数据的读写。29、微程序：存储在控制存储中的完成指令功能的程序，由微指令组成。四、简答题30、答：CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不相同，因为两种方式的交换速度相差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求（一个存取周期末）。31、答：（1）DMA传送前的预置阶段（DMA初始化）（2）数据传送阶段（DMA传送）（3）传送后的结束处理32、答：（1）SCSI接口总线有8条数据线、1条奇偶校验线、9条控制线组成。使用50芯电缆，规定了两种电气条件：单端驱动和差分驱动。（2）总线时钟频率高。（3）SCSI接口总线以菊花链形式最多可接8台设备。（4）每个SCSI设备有自己唯一的设备号ID=0-7。ID=7的设备有最高优先权，ID=0的设备优先权最低。采用分布式总线仲裁策略。（5）SCSI设备是指连接在SCSI总线上的智能设备，即除主适配器HBA外，其他SCSI设备实际是外设的适配器或控制器。（6）SCSI设备是智能设备，对SCSI总线以至主机屏蔽了实际外设的固有物理属性，设备间可用一套标准命令进行数据传送。（7）SCSI设备间是一种对等关系，而不是主从关系。33、答：程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备输入输出的一种方法，它节省了，CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。五、计算题34、解析：1）按字寻址，每个块有16个字，故字块内地址为4位。Cache有128个字块，故Cache字块地址为8位。主存包含16K个字块，故主存地址总共14位。则主存字块标记位数为14-8-4=2位。2）Cache中每个块16个字，故16~210位置的字，按照直接映射可分别放入Cache的第1~13块。由于Cache的初始状态为空，循环读取10次时，第一次循环第16、32、48、64、…、208位置的字均末命中，共13次，其他位置均命中，后面9次循环每个字都命中。故Cache的命中率为1-13/（195×10）=99.3%。3）第一次循环需要填充Cache13次，访问Cache195-13=182次，总时间为200ns×13+10ns×182=4420ms。其余9次循环只需访问Cache195次，总时间为195×10ns×9=17550ns。故平均访问时间为（17550ns+4420ns）/10=2197ns。35、解析：假设x=+13/128其二进制形式可以表示为：x=0.0001101000。定点数表示：x=0.0001101000。浮点数规格化表示：x=0.1101000000×2-11"。定点机中：[x]原=[x]补=[x]反=0.0001101000。浮点机中：[x]原=1，0011；0.1101000000。[x]补=1，1101；0.1101000000。[x]反=1，1100；0.1101000000。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）寄存器R1存储的是134，转换成二进制为10000110B，即86H。寄存器R5存储的是x-y的内容，x-y=-112，转换成二进制为10010000B，即90H。寄存器R6存储的是x+y的内容，x+y=380，转换成二进制为101111100B（前面的进位含弃），即7CH。由于计算机字长为8位，因此无符号整数能表示的范围为0～255，而x+y=380，故溢出。2）m二进制表示为10000110B，由于m是int型，因此最高位为符号位，可以得出m的原码为11111010（对10000110除符号位取反加1），即-122。同理，n的二进制表示为11110110B，故n的原码为10001010，转成十进制为-10。因此，k1=-122-（-10）=-112。3）参考答案：可以利用同一个加法器及辅助电路实现。因为无符号整数和有符号整数都是以补码形式存储，所以运算规则都是一样的。但有一点需要考虑，由于无符号整数和有符号整数的表示范围是不一样的，因此需要设置不