2021年东南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)

2021年东南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、某计算机有16个通用寄存器，采用32位定长指令字，操作码字段（含寻址方式位）为8位，Store指令的源操作数和目的操作数分别采用寄存器直接寻址和基址寻址方式。若基址寄存器可使用任一通用寄存器，且偏移量用补码表示，则Store指令中偏移量的取值范围是（）。A.-32768~+32767B.-32767~+32768C.-65536~+65535D.-65535~+655362、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007CH中的内容为0124H，指令中给出的形式地址为B000H，地址B000H中的内容为C000H，则该操作数的有效地址为（）。A.B124HB.Cl24HC.B07CHD.CO7CH3、假定变量i、f、d的数据类型分别为int、float、double（int用补码表示，float和double用IEEE754标准中的单精度和双精度浮点数据格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真的是（）。I.i==（int）（float）iⅡ.f==（float）（int）fIⅡ.f==（float）（double）fⅣ.（d+f）-d=fA.仅I、ⅡB.仅I、ⅢC.仅Ⅱ、ⅢD.仅Ⅲ、Ⅳ4、下列关于各种移位的说法中正确的是（）。I.假设机器数采用反码表示，当机器数为负时，左移时最高数位丢0，结果出错；右移时最低数位丢0，影响精度Ⅱ在算术移位的情况下，补码左移的前提条件是其原最高有效位与原符号位要相同Ⅲ.在算术移位的情况下，双符号位的移位操作中只有低符号位需要参加移位操作（）A.Ⅲ、ⅡB.只有ⅡC.只有ⅢD.全错5、设x为整数，[x]补=1.x1x2x3x4x5，若要x<-16，x1~x5应满足的条件是（）。A.x1~x5至少有一个为1B.x1必须为1，x2~x5至少有一个为1C.x1必须为0，x2~x5至少有一个为1D.x1必须为0，x2~x5任意6、下列关于ROM和RAM的说法中，错误的是（）。I.CD-ROM是ROM的一种，因此只能写入一次ⅡFlash快闪存储器属于随机存取存储器，具有随机存取的功能Ⅲ.RAM的读出方式是破坏性读出，因此读后需要再生IV.SRAM读后不需要刷新，而DRAM读后需要刷新A.I、ⅡB.I、Ⅲ、ⅣC.Ⅱ、ⅢD.I、Ⅱ、lⅢ7、某C语言程序段如下：for（i=0；i<9；i++）{temp=1；for（j=0；j<=i；j++）temp+=a[J]；sum+=temp；}下列关于数组a的访问局部性的描述中，正确的是（）。A.时间局部性和空间局部性皆有B.无时间局部性，有空间局部性C.有时间局部性，无空间局部性D.时间局部性和空间局部性皆无8、（）可区分存储单元中在放的是指令还是数据。A.存储器B.运算C.用户D.控制器9、已知计算机A的时钟频率为800MHz，假定某程序在计算机A上运行需要12s。现在硬件设计人员想设计计算机B，希望该程序在B上的运行时间能缩短为8s，使用新技术后可使B的时钟频率大幅度提高，但在B上运行该程序所需要的时钟周期数为在A上的1.5倍。那么，机器B的时钟频率至少应为（）能运到所希望的要求。A.800MHzB.1.2GHzC.1.5GHzD.1.8GHz10、在下列各种情况中，最应采用异步传输方式的是（）.A.I/O接口与打印机交换信息B.CPU与主存交换信息C.CPU和PCI总线交换信息D.由统一时序信号控制方式下的设备11、下列关于总线设计的叙述中，错误的是（）。A.并行总线传输比串行总线传输速度快B.采用信号线复用技术可减少信号线数量C.采用突发传输方式可提高总线数据传输率D.采用分离事务通信方式可提高总线利用率12、某计算机采用微程序控制器，共有32条指令，公共的取指令微程序包含2条微指令，各指令对应的微程序平均由4条微指令组成，采用断定法（下地址字，段法）确定下条微指令地址，则微指令中下地址字段的位数至少是（）。A.5B.6C.8D.913、组合逻辑控制器和微程序控制器的主要区别在于（）。A.ALU结构不同B.数据通路不同C.CPU寄存器组织不同D.微操作信号发生器的构成方法不同。14、CPU在中断周期中（）A.执行中断服务程序B.执行中断隐指令C.与I/O设备传送数据D.处理异常情况15、若某设备中断请求的响应和处理时间为100ns，每400ns发出一次中断请求，中断响应所允许的最长延迟时间为50ns，则在该设备持续工作过程中、CPU用于该设备的I/O时间占整个CPU时间的百分比至少是（）。A.12.5%B.25%C.37.5%D.50%二、填空题16、指令格式是指令用_______表示的结构形式，通常格式中由操作码字段和_______字段组成。17、堆栈是一种特殊的数据寻址方式，它采用________原理。按结构不同，分为________堆栈和________堆栈。18、闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，因此作为_______用于便携式电脑中。19、不同的CRT显示标准所支持的最大________和________数目是不同的。20、移码表示法主要用于表示浮点数的_______码，以利于比较两个_______数的大小和进行操作。21、在计算机术语中，将______和______和在一起称为CPU，而将CPU和______合在一起称为主机。22、总线仲裁部件通过采用________策略或________策略，选择其中一个主设备作为总线的下次，接管总线控制权。23、中断处理过程可以嵌套进行，_________的设备可以中断_________的中断服务程序。24、PCI总线采用_______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与_______相连。25、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。三、名词解释题26、自陷指令：特殊的处理程序，又叫中断指令.27、并行传输：28、指令：29、异步控制方式：四、简答题30、说明存取周期和存取时间的区别。31、在浮点数中，阶码的正负和尾数的正负各代表什么含意？对实际数值的正负与大小有何影响？32、什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？33、什么是中断隐指令，有哪些功能？五、计算题34、某计算机的CPU主频为500MHz，所连接的某外设的最大数据传输率为20KB/s，该外设接口中有一个16位的数据缓存器，相应的中断服务程序的执行时间为500个时钟周期。请回答下列问题：1）是否可用中断方式进行该外设的输入输出？若能，在该设备持续工作期间，CPU用于该设备进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为多少？2）若该外设的最大数据传输率是2MB/s，则可否用中断方式进行输入输出？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]补。（其结果用二进制真值表示，舍入时采用0舍l入法）。36、有一台磁盘机，其平均寻道时间为30ms，平均等待时间为10ms，数据传输率为500B/ms，磁盘机中随机存放着1000块、每块为3000B的数据。现想把“块块数据取走，更新后再放回原地。假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传输时间。另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms，并且更新时间同输入/输出操作不相重叠。试问：1）更新磁盘上的全部数据需多少时间？2）若磁盘机的旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少时间？六、综合题37、写出一个定点8位字长的二进制数在下列情况中所能表示的真值（数值）范围：1）不带符号数表示。2）原码表示。3）补码表示。4）反码表示。5）移码表示。38、设某机器共能完成120种操作，CPU共有8个通用寄存器，且寄存器都为12位。主存容量为16K字（机器采用按字寻址），采用寄存器-存储器型指令。1）欲使指令可直接访问主存的任意地址，指令字长应取多少位？2）若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X，且X=0表示某个寄存器作为基址寄存器，试画出指令格式。试问采用基址寻址可否访问主存的任意单元？为什么？如不能，提出一种方案，使得指令可访问主存的任意位置。3）若存储字长等于指令字长，且主存容量扩大到64K字，在不改变硬件结构的前提下，可采用什么方法使得指令可访问存储器的任意位置。39、某程序中有如下循环代码段p：“for（inti=0；i<N；i++）sum+=A[i]；”。假设编译时变量sum和i分别分配在寄存器R1和R2中。常量N在寄存器R6中，数组A的首地址在寄存器R3中。程序段P起始地址为08048100H，对应的汇编代码和机器代码见下表。执行上述代码的计算机M采用32位定长指令字，其中分支指令bne采用如下格式：OP为操作码：Rs和Rd为寄存器编号：OFFSET为偏移量，用补码表示。请回答下列问题，并说明理由。1）M的存储器编址单位是什么？2）已知sll指令实现左移功能，数组A中每个元素占多少位？3）表中bne指令的OFFSET字段的值是多少？已知bne指令采用相对寻址方式，当前，PC内容为bne指令地址，通过分析题表中指令地址和bne指令内容，推断出bne指令的转移目标地址计算公式。4）若M采用如下“按序发射、按序完成”的5级指令流水线：IF（取指）、ID（译码及取数）、EXE（执行）、MEM（访存）、WB（写回寄存器），且硬件不采取任何转发措施，分支指令的执行均引起3个时钟周期的阻塞，则P中哪些指令的执行会由于数据相关而发生流水线阻塞？哪条指令的执行会发生控制冒险？为什么指令1的执行不会因为与指令5的数据相关而发生阻塞？

参考答案一、选择题1、A2、C3、B4、D5、D6、D7、A8、D9、D10、A11、A12、C13、D14、B、15、B、二、填空题16、二进制代码地址码17、先进后出寄存器存储器18、瞬时启动固态盘19、分辨率颜色20、阶码指对阶21、运算器控制器存储器22、优先级公平主方23、优先级高优先级低24、集中式中央仲裁器25、系统软件应用软件系统软件三、名词解释题26、自陷指令：特殊的处理程序，又叫中断指令.27、并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。（在采用并行传输方式的总线中，除了有传输数据的线路外，还可以具有传输地址和控制信号的线路，地址线用于选择存储单元和设备，控制线用于传递操作信号）28、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。29、异步控制方式：异步控制不存在基准时标信号，微操作的时序是由专用的应答线路控制的，即控制器发出某一个微操作控制信号后，等待执行部件完成该操作时所发回的“回答”或“终了”信号，再开始下一个微操作。四、简答题30、答：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即：存取周期=存取时间+恢复时间31、答：（1）阶码为正，表示将尾数扩大（2）阶码为负，表示将尾数缩小（3）尾数的正负代表浮点数的正负32、答：多重中断是指：当CPU执行某个中断服务程序的过程中，发生了更高级、更紧迫的事件，CPU暂停现行中断服务程序的执行，转去处理该事件的中断，处理完返回现行中断服务程序继续执行的过程。实现多重中断的必要条件是：在现行中断服务期间，中断允许触发器为1，即开中断。33、答：CPU响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的，我们把它称为中断隐指令。它不是指令系统中的一条真正的指令，没有操作码，所以是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。五、计算题34、解析：1）因为该外设接口中有一个16位数据缓存器，所以，若用中断方式进行输入/输出，可以每16位进行一次中断请求，因此，中断请求的时间间隔为2B/20KB/s=100μs.对应的中断服务程序的执行时间为：（1/500MHz）×500=1μs。因为中断响应过程就是执行条隐指令的过程，所用时间相对于中断处理时间（执行中断服务程序的时间）而言，几乎可以忽略不计，因而整个中断响应并处理的时间大约为1μs多一点，远远小于中断请求的间隔时间。因此，可以用中断方式进行该外设的输入输出。若用中断方式进行该设备的输入/输出，则该设备持续上作期间，CPU用于该设备进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为1/100=1%。2）若外设的最大传输率为2MB/s，则中断请求的时间间隔为106×2B/2MB=1μs。而整个中断响应并处理的时间大约为1μs多一点，中断请求的间隔时间小于中断响应和处理时间，即中断处理还未结束就会有该外设新的中断到来，因此不可以用中断方式进行该外设的输入输出35、64.解析：首先将x和y转换成浮点数x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101由于jx=00，0111，因此[jx]补=00，0111，同理[-jy]补=11，1011故[jx]补=00，0111；00.11111010[-jy]补=00，0101；11.01101111下面可以按照5个步骤来做：1)对阶。求阶差：[∆j]补=[jx]补-[jx]补=[jx]补+[-jy]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]补=000111，11.110110112）2)尾数求差。00.11111010+00.00100101（这里加的是y尾数的负数补码）01.00011111即[x-y]补=00，0111；01.00011111。3）规格化。尾数出现01.×××…x，说明需要右规一次即可，阶码加1，最后可得[x-y]补=00，1000；00.100011111（加了下画线的1为右规丢弃的1）4）舍入处理。山于右规低位丢1，因此尾数末位加1，即尾数变为00.10010000。5）溢出判断。最后阶符为00，没有溢出，最后应将[x-y]补=001000，00.10010000转换为二进制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=1001000036、解析：由于数据块是随机存放的，因此每取出或写入一块均要定位。数据传输时间=3000B÷500B/ms=6ms.1）更新全部数据所需时间=2×1000×（平均寻道时间+平均等待时间+数据传输时，间）+1000×CPU更新信息时间=2×1000×（30+10+6）+1000×4=96000ms=96s2）磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为5ms。数据传输率提高一倍，即1000B/ms.数据传输时间变为3000÷1000B/ms=3ms。更新全部数据所需时间=2×1000×（30+5+3）+1000×4=80000ms=80s六、综合题37、解析：此题考查各种机器数的表示范围：1）不带符号数表示范围：0~255。2）原码表示：-127~+127。3）补码表示：-128~+127。4）反码表示：-127~+127。5）移码表示：-128~+127。38、解析：1）首先，操作码可以确定为7位；8个通用寄存器需要3位来表示；访问16K字的主存也需要14位，故指令字长需要7+3+14=24位，指令格式如下：2）由于增加了一位寻址特征位，且基址寄存器使用了通用寄存器，因此除了加一位寻址方式X，还得空一个字段（基址寄存器编号R1）来表示使用哪一个通用寄存器作为基址寄存器，故指令格式为另外，由于覆盖主存的16K字需要14位的地址，而寄存器只有12位，因此采用基址寻址不可以访问主存的任意单元，但可以将通用