2022年中南大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2022年中南大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、采用指令Cache与数据Cache分离的主要目的是（）。A.降低Cache的缺失损失B.提高Cache的命中率C.降低CPU平均访存时间D.减少指令流水线资源冲突2、某SRAM芯片，其容量为512×8位，除电源和接地端外，该芯片引出线的最小数目应该是（）。A.23B.25C.50D.193、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、Ⅳ4、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C.解释程序D.汇编程序5、将高级语言源程序转换为机器目标代码文件的程序是（）。A.汇编程序B.链接程序C.编译程序D.解释程序6、关于总线的叙述，下列说法正确的是（）。I.总线忙信号由总线控制器建立II.计数器定时查询方式不需要总线同意信号III.链式查询、计数器查询、独立请求方式所需控制线路由少到多排序是：链式查询、独立请求方式、计数器查询A.仅I、IIIB.仅II，IIIC.仅IIID.仅II7、在异步通信方式中，一个总线传输周期的过程是（）。A.先传送数据，再传送地址B.先传送地址，再传送数据C.只传输数据D.无法确定8、（）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9、同步控制是（）。A.只适用于CPU控制的方式B.由统一时序信号控制的方式C.所有指令执行时问都相同的方式D.不强调统一时序信号控制的方式10、下列操作中，不属于“中断隐指令”所完成的是（）。I.关中断II.开中断III.保护现场IV.保存断点V.将中断服务程序首地址送PCA.I，IIB.II，III，VC.II，IIID.III，V11、各种外部设备均通过（）电路，才能连接到系统总线上。A.外设B.内存C.中断D.接口12、为了表示无符号十进制整数，下列哪些是合法的8421BCD码？（）I.01111001Ⅱ.11010110Ⅲ.00001100Ⅳ.1000010lA.I、IⅡB.Ⅱ、ⅢC.I、ⅣD.I、Ⅱ、Ⅲ13、在定点机中执行算术运算时会产生溢出，其根本原因是（）。A.主存容量不够B.运算结果无法表示C.操作数地址过大D.栈溢出14、下列关于指令字长、机器字长和存储字长的说法中，正确的是（）。I.指令字长等于机器字长的前提下，取指周期等于机器周期Ⅱ.指令字长等于存储字长的前提下，取指周期等于机器周期Ⅲ.指令字长和机器字长的长度没有必然关系Ⅳ为了硬件设计方便，指令字长都和存储字长一样大A.I、Ⅲ、IVB.I、ⅣC.Ⅱ、ⅢD.Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ15、某机器字长为32位，存储器按半字编址，每取出一条指令后PC的值自动+2，说明其指令长度是（）。A.16位B.32位C.128位D.256位二、填空题16、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17、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。18、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。19、广泛使用的_______和_______都是半导体随机读写存储器，它们共同的缺点是_______20、指令寻址的基本方式有两种，______方式和______方式。21、从操作数的物理位置来说，可将指令归结为三种类型：存储器-存储器型，_______22、不同机器有不同的________，RISC指令系统是________指令系统的改进。23、一个定点数由_______和_______两部分组成。24、外围设备大体分为输入设备，输出设备，_________设备，_________设备，_________设备五大类。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、同步控制方式：27、微地址：28、软件：29、直接映象：四、简答题30、CPU响应中断应具备哪些条件？31、一个计算机系统中的总线，大致分为哪几类？32、什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。33、计算机硬件由哪些部分组成？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、设有一个1MB容量的存储器，字长为32位，问：1）若按字节编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？2）若按半字编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？3）若按字编址，地址寄存器、数据寄存器各为儿位？编址范围为多大？36、某计算机的字长为16位，存储器按字编址，访存指令格式为16位，其中5位操作码，3位寻址方式字段，分别表示立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址和相对寻址这5种，8位地址码字段。设PC和Rx分别为程序计数器和变址寄存器（其中变址寄存器的位数为16位）。试问：1）该格式能定义多少种指令？2）各种寻址方式的寻址范围大小是多少？3）写出各种寻址方式的有效地址EA的计算式。六、综合题37、某16位计算机的主存按字节编码，存取单位为16位；采用16位定长指令字格式：CPU采用单总线结构，主要部分如下图所示。图中R0~R3为通用寄存器：T为暂存器：SR为移位寄存器，可实现直送（mov）、左移一位.（left）和右移一位（right）3种操作，控制信号为SRop，SR的输出由信号SRout控制：ALU可实现直送A（mova）、A加B（add）、A减B（sub）、A与B（and）、A或B（or）、非A（not）、A加1（inc）7种操作，控制信号为ALUop。请回答下列问题。1）图中哪些寄存器是程序员可见的？为何要设置暂存器T？2）控制信号ALUop和SRop的位数至少各是多少？3）控制信号SRout所控制部件的名称或作用是什么？4）端点①~=9\*GB3⑨中，哪些端点须连接到控制部件的输出端？5）为完善单总线数据通路，需要在端点①~=9\*GB3⑨中相应的端点之间添加必要的连线。写出连线的起点和终点，以正确表示数据的流动方向。6）为什么二路选择器MUX的一个输入端是2？38、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？39、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。

参考答案一、选择题1、D2、D3、C4、C5、C6、D7、B8、A9、B10、C11、D12、C13、B14、C15、B二、填空题16、SCSIIEEE139417、优先级公平主方18、并行空间并行时间并行19、SRAMDRAM断电后不能保存信息20、字向位向21、寄存器一寄存器型寄存器一存储器型22、指令系统CISC23、符号位数值域24、外存数据通信过程控制25、系统程序应用程序系统程序三、名词解释题26、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。27、微地址：微每时令在控制存储器中的存储地址。28、软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。29、直接映象：cache的一种地址映象方式，一个主存块只能映象到cache中的唯一一个指定块。四、简答题30、答：（1）在CPU内部设置的中断屏蔽触发器必须是开放的。（2）外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。（3）外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。31、答：（1）同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称为内部总线。（2）同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/0接口间互相连接的总线，称为系统总线。32、答：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程；刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。异步式：是集中式和分散式的折衷。33、答：中央处理器，存储器，输入输出设备组成；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、解析：字长为32位，若按半字编址，则每个存储单元存放16位；若按字编址，则每个存储单元存放32位。1）若按字节编址，1MB=220×8bit，地址寄存器为20位，数据寄存器为8位，编址范围为00000H~FFFFFH。2）若按半字编址，1MB=20×8bit=219×16bit，地址寄存器为19位，数据寄存器为16位，编址范围为00000H~7FFFFH。3）若按字编址，1MB=20×8bit=218×32bit，地址寄存器为18位，数据寄存器为32位，编址范围为00000H~3FFFFH。归纳总结：主存容量确定后，编址单位越大，对应的存储单元数量就越少。因此，随着编址单位的变大，地址寄存器的位数减少，数据寄存器的位数增加。其实这个可以这么来理解，医院需要放置1000个床位，每个房间放的床位多了，需要的房间自然就少了。36、解析：1）5位操作码可表示25=32种不同的指令。2）各种寻址方式的寻址范围大小如下。立即数寻址方式：只能访问唯一的一个数据。直接寻址方式：用地址码表示存储器地址，8位地址码可以有28=256个数据字。间接寻址方式需要分为两种（特别注意）：①一次间接寻址：用地址码表示地址的存储位置，存储器中16位的地址可以有216=64K大小的寻址范围。②多次间接寻址：多次间接寻址需要使用一位来表示是否为最后一次间接寻址，可以有215=32K大小的寻址范围。变址寻址方式：用地址码表示地址的偏移量，地址在寄存器中，16位变址寄存器的寻址范围是216。相对寻址方式：寻址范围是PC值附近的字，8位地址偏移量可对PC附近的256个数据字进行寻址，即寻址范围是256个数据字。3）设地址码位A，各寻址方式的有效地址见表六、综合题37、解析1）程序员可见寄存器为通用寄存器（R0~R3）和PC.因为采用了单总线结构，因此.若无暂存器T，则ALU的A、B端口会同时获得两个相同的数据，使数据通路不能正常工作。2）ALU共有7种操作，故其操作控制信号ALUop至少需要3位；移位寄存器有3种操作，其操作控制信号SRop至少需要2位。3）信号SRout所控制的部件是一个三态门，用于控制移位器与总线之间数据通路的连接与断开。4）端口①、②、③、⑤、=8\*GB3⑧须连接到控制部件输出端。5）连线1，=6\*GB3⑥→=9\*GB3⑨：连线2，①④。6）因为每条指令的长度为16位，按字节编址，所以每条指令占用2个内存单元，顺序执行时，下条指令地址为（PC）+2.MUX的一个输入端为2，可便于执行（PC）+2操作。38、解析：（1）M为CISC。M的指令长短不一，不符合RISC指令系统特点。（2）fl的机器代码占96B。因为fl的第一条指令pushebp所在的虚拟地址为00401020H，最后一条指令ret所在的虚拟地址为0040107FH，所以，l的机器代码长度为0040107FH-00401020H=60H=96B。（3）CF=1。cmp指令实现i与n-l的比较功能，进行的是减法运算。在执行fl（