计算机组成原理本科生期末试卷(一)部分答案

1、.本科生期末试卷（一）二、简答题（每小题8 分，共 16 分）1 假设主存容量 16m32 位， cache容量 64k32 位，主存与 cache之间以每块 4 32 位大小传送数据， 请确定直接映射方式的有关参数， 并画出内存地址格式。2 指令和数据都用二进制代码存放在内存中，从时空观角度回答 cpu如何区分读出的代码是指令还是数据。答：计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据，在时间上，取指周期从内存中取出的是指令， 而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据，在空间上， 从内存中取出指令送控制器， 而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器三、计算题（ 1

2、4 分）设 x=-18(-15) ，y=+26(+13) ，数据用补码表示，用带求补器的阵列乘法器求出乘积 xy，并用十进制数乘法进行验证。解：设最高位为符号位，输入数据为：x 补 =10001 ， y 补 =10011 ， 算前求补器输出后|x|=1111，|y|=11011111 11011111乘积符号位运算：0000x0 y0 = 11=01111+111111000011算后求补器输出为 11000011，加上乘积符号 0，最后得补码乘积值为 011000011，利用补码与真值的换算公式，补码二进制数的真值是x y = 1 27+1 26+1 21+1 20=128+64+2+1 =

3、+195十进制数乘法验证：x y=(-15) (-13) =+195四、证明题（ 12 分）.用定量分析方法证明多模块交叉存储器带宽大于顺序存储器带宽。解：假设（ 1）存储器模块字长等于数据总线宽度；（2）模块存取一个字的存储周期等于t；（3）总线传送周期为；（4）交叉存储器的交叉模块数为m. 。交叉存储器为了实现流水线方式存储， 即每经过 时间延迟后启动下一模快， 应满足t = m ,(1)交叉存储器要求其模快数 m,以保证启动某模快后经过m 时间后再次启动该模快时，它的上次存取操作已经完成。这样连续读取m 个字所需要时间为t1 = t + (m 1) = m + m = 1)(2m(2)故

4、存储器带宽为 w1 = 1/t1 = 1/(2m- 1) (3)而顺序方式存储器连续读取 m 个字所需时间为t2 = mt = m2 (4)存储器带宽为 w2 = 1/t2 = 1/m2 (5)比较 (3) 和(5) 式可知，交叉存储器带宽w1 大于顺序存储器带宽 w2五、分析题（ 12 分）图 1 所示的系统中， a、 b、 c、 d四个设备构成单级中断结构，它要求 cpu 在执行完当前指令时转向对中断请求进行服务。现假设： t dc为查询链中每个设备的延迟时间； t a、tb、tc、td分别为设备 a、b、c、d 的服务程序所需的执行时间； t s、tr 分别为保存现场和恢复现场所需的时间

5、； 主存工作周期为 tm； 中断批准机构在确认一个新中断之前，先要让即将被中断的程序的一条指令执行完毕。试问：在确保请求服务的四个设备都不会丢失信息的条件下， 中断饱和的最小时间是多少？中断极限频率是多少？.解：假设主存工作周期为tm，执行一条指令的时间也设为t m 。则中断处理过程和各时间段如图b17.3 所示。当三个设备同时发出中断请求时，依次处理设备a 、 b、 c 的时间如下：ta = 2t m + t dc + t s + t a + t rt = 2tm+ tdc+ ts+ ta+ trbt = 2tm+ tdc+ ts+ ta+ trctd=2tm + t dc + t s+ta

6、+tb+tc达到中断饱和的时间为：t = t a + tb + tc +td中断极限频率为： f = 1 / t图 b17.3六、设计题（ 16 分）某计算机有图 2 所示的功能部件，其中 m为主存，指令和数据均存放在其中，mdr为主存数据寄存器， mar为主存地址寄存器， r0 r3 为通用寄存器， ir 为指.令寄存器， pc为程序计数器（具有自动加 1 功能）， c、 d 为暂存寄存器， alu 为算术逻辑单元，移位器可左移、右移、直通传送。(1) 将所有功能部件连接起来，组成完整的数据通路，并用单向或双向箭头表示信息传送方向。(2) 画出“ add r1，（ r2）”指令周期流程图。该指令的含义是将r1 中的数与（ r2）指示的主存单元中的数相加，相加的结果直通传送至r1 中。(3) 若另外增加一个指令存贮器， 修改数据通路， 画出的指令周期流程图。解：（ 1）各功能部件联结成如图所示数据通路：移位器irr0mbrpcr1alu+1cr2dr3mmar图 b 6.4（2）此指令为rs 型指令，一个操作数在r1 中，另一个操作数在 r2 为地址的内存单元中，相加结果放在r1 中。送当前指令地址到 mar（ pc） marm mbr ir ，（ pc） + 1取当前指令到ir，pc + 1，为取下条指令做好