2021年天津理工大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末...
2023年8月23日发(作者：国庆节英语作文4篇)
沁园春长沙原文-
2021年天津理工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B（有答案）
一、选择题
1、零地址双操作数指令不需要指出操作数地址，这是因为（ ）。
A.操作数已在数据缓冲寄存器中
B.操作数隐含在累加器中
C.操作数地址隐含在堆栈指针中
D.利用上一条指令的运算结果进行操作
2、下列关于各种寻址方式获取操作数快慢的说法中，正确的是（ ）。
I.立即寻址快于堆栈寻址
Ⅱ.堆栈寻址快于寄存器寻址
Ⅲ.寄存器一次间接寻址快于变址寻址
Ⅳ.变址寻址快于一次间接寻址
A. I、IV B.Ⅱ、Ⅲ C.I、Ⅲ、IV D.Ⅲ、Ⅳ
3、若x=103，y=-25，则下列表达式采用8位定点补码运算时，会发生溢出的是（ ）。
A.x+y B.-x+y C.x-y D.x-y
4、十进制数-0.3125的8位移码编码为（ ）。
A.D8H B.58H C.A8H D.28H
5、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.-1.5×213
B.-1.5×212 C.-0.5×213 D.-0.5×212 6、假定编译器将赋值语句“x=x+3；”转换为指令“add xaddr，3”，其中xaddr是x对应的存储单元地址。若执行该指令的计算机采用页式虚拟存储管理方式，并配有相应的TLB，且Cache使用直写（Write Trough）方式，则完成该指令功能需要访问主存的次数至少是（ ）。
A.0 B.1 C.2 D.34
7、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、程序P在机器M上的执行时间是20s，编译优化后，P执行的指令数减少到原来的70%，而CPl增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（ ）。
A.8.4s B.11.7s C.14s D.16.8s
9、假定机器M的时钟频率为200MHz，程序P在机器M上的执行时间为12s。对P优化时，将其所有乘4指令都换成了一条左移两位的指令，得到优化后的程序P。若在M上乘法指令的CPl为102，左移指令的CPl为z，P的执行时间是P”执行时间的1.2倍，则P中的乘法指令条数为（ ）。
A.200万 B.400万 C.800万 D.1600万
10、为协调计算机系统各部件的工作，需要一种器件来提供统一的时钟标准，这个器件，是（ ）。
A.总线缓冲器 B.总线控制器 C.时钟发生器 D.以上器件都具备这种功能
11、中断判优逻辑和总线仲裁方式相类似，下列说法中，正确的是（ ）。
I.在总线仲裁方式中，独立请求方式响应时间最快，是以增加处理器开销和增加控制线数为代价的
II.在总线仲裁方式中计数器查询方式，若每次计数都从“0”开始，则所有设备使用总线的优先级相等
III.总线仲裁方式一般是指I/O设备争用总线的判优方式，而中断判优方式一般是指I/O设备争用CPU的判优方式
IV.中断判优逻辑既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，
A. I，II B. I，III，IV C. I，II，IV D.I，IV
12、关于微指令操作控制字段的编码方法，下面叙述正确的是（ ）。
A.直接编码、字段间接编码法和字段直接编码法都不影响微指令的长度
B.一般情况下，直接编码的微指令位数最多
C.一般情况下，字段间接编码法的微指令位数最多
D.一般情况下，字段直接编码法的微指令位数最多
13、在程序执行过程中，（ ）控制计算机的运行总是处于取指令、分析指令和执行指令的循环之中。
A.控制器 C.指令存储器 D.指令译码器 14、在独立编址的方式下，存储单元和I/O设备是靠（ ）来区分的。
A.不同的地址码
B.不同的地址线
C.不同的指令
D.不同的数据线
15、为提高存储器的存取效率，在安排磁盘上信息分布时，通常是（ ）.
A.存满一面，再存另一面
B.尽量将同一文件存放在一个扇区或相邻崩区的各磁道上
C.尽量将同一文件存放在不同面的同一磁道上
D.上述方法均有效
二、填空题
16、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、_______和_______
17、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。
18、堆栈是一种特殊的_______寻址方式，它采用_______原理。按构造不同，分为寄存器堆栈和_______堆栈。
19、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。
20、存储_______并按_______顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理。
21、并行I/O接口______和串行I/O接口______是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
22、RISC的中文含义是________，CISC的中文含义是________。 23、按IEEE754标准，一个浮点数的阶码E的值等于指数的_________加上一个固定的_________
24、条件转移、无条件转移、转子程序、返主程序、中断返回指令都属于_______类指令，这类指令在指令格式中所表示的地址不是_______的地址，而是_______的地址。
25、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。
三、名词解释题
26、全写法（写直达法）：
27、独立请求方式：
28、汇编程序：
29、中断：
四、简答题
30、什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？
31、CPU主要有哪些基本功能？CPU主要由哪些基本部件构成？
32、在定点机和浮点机中分别如何判断溢出？
33、指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。
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、设有主频24MHz的CPU，平均每条指令的执行时间为两个机器周期，每个机器周期由两个时钟周期组成，试求：
1）机器的工作速度。
2）假如每个指令周期中有一个是访存周期，需插入两个时钟周期的等待时间，求机器的工作速度。
解：
36、某彩图形显示器，屏幕分辨率为640像素×480像素，共有4、l6、256和655364种显示模式。
1）试给出每个像素的颜数m和每个像素所占用存储器的比特数n之间的关系。
2）显示缓冲存储器的容量是多少？
六、综合题
37、某计算机采用页式虚拟存储管理方式，按字节编址，虚拟地址为32位，物理地址为24位，页大小为8KB:TLB采用全相联映射；Cache数据区大小为64KB，按2路组相联方式组织，主存块大小为64B。存储访问过程的示意图如图所示。
请回答下列问题。
1）图中字段A~G的位数各是多少？TLB标记字段B中存放的是什么信息？
2）将块号为4099的主存块装入到Cache中时，所映射的Cache组号是多少？对应的H字段内容是什么？ 3）Cache缺失处理的时间开销大还是缺页处理的时间开销大？为什么？
4）为什么Cache 可以采用直写（Write Through）策略，而修改页面内容时总是采用回写（Write Back）策略？
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、假设指令流水线分为取指令（IF）、指令译码/读寄存器（ID）、执行/有效地址计算（EX）、存储器访问（MEM）、结果写回寄存器（WB）5个过程段。现有下列指令序列进入该流水线。
① ADD R1，R2，R；
② SUB R4，R1，R5；
③ AND R6，R1，R7；
④ OR R8，R1，R9； ⑤ XOR R10，R1，R11；
请回答以下问题：
1）如果处理器不对指令之间的数据相关进行特殊处理，而允许这些指令进入流水线，试问上述指令中哪些将从未准备好数据的R1寄存器中取到错误的数据？
2）假如采用将相关指令延迟到所需操作数被写回到寄存器后再执行的方式，以解决数据相关的问题，那么处理器执行该指令序列需占用多少个时钟周期？
参考答案
一、选择题
1、C
2、C
3、C
4、B
5、A
6、B
7、A
8、D
9、B
10、C
11、B
12、B
13、A
14、C
15、C
二、填空题
16、存储周期 存储器带宽
17、MMX 多媒体扩展结构 18、数据 先进后出 存储器
19、系统软件 应用软件 系统软件
20、程序 地址
21、SCSI IEEE1394
22、精简指令系统计算机 复杂指令系统计算机
23、真值 偏移量
24、程序控制类 操作数 下一条指令
25、顺序寻址方式 跳跃寻址方式
三、名词解释题
26、全写法（写直达法）：
cache命中时的一种更新策略，写操作时将数据既写入cache又写入主存，但块更时不需要将调出的块写回主存。
27、独立请求方式：
集中式总线裁决方式之一，每一个设备都有一个独立的总线请求信号线送到总线控制器，控制器也给各设备分别发送一个总线响应信号。
28、汇编程序：
将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
29、中断：
是一种在发生了一个外部的事件时调用相应的处理程序的过程。
四、简答题
30、答：CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写。其特点是：⑴指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2，3百条。⑵ 寻址方式多⑶指令格式多 ⑷指令字长不固定⑸ 可访存指令不加限制⑹各种指令使用频率相差很大⑺各种指令执行时间相差很大⑻大多数采用微程序控制器
31、答：（1）主要由控制器，运算器两部分组成（2）指令控制、操作控制、数据运算、异常处理和中断；
32、解析：
（1）定点机
定点机中可分别采用单符号位和双符号位判断补码加/减运算是否溢出，其中单符号位又分为两种方法：
1）若参加运算的两个操作数符号相同，结果的符号位又与操作数的符号不同，则为溢出。
2）若求和时最高进位与次高位进位“异或”结果为1，则为溢出。
双符号位判别方法：
当最后的运算结果两位符号位为10或者01时，溢出，10表示负溢出，01表示正溢出。
（2）浮点机
浮点机中的溢出根据阶码来判断。当阶码大于最大正阶码时，即为浮点数溢出：当阶码小于最小负阶码时，按机器零处理。
33、答：时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。
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Cache 195-13=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、1）主频为24MHz的意思是每秒中包含24M个时钟周期，又因为执行一条指令需要4个时钟周期，故机器每秒可以执行的指令数为24M/4=6M条（600万条）。
2）插入两个时钟周期，即执行每条指令需要6个时钟周期，故机器每秒可以执行的指令数为24M/6=4M条，即400万条。
36、解析：
1）在图形方式中，每个屏幕上的像素都由存储器中的存储单元的若干比特指定其颜。每个像素所占用的内存位数决定于能够用多少种颜表示一个像素。表示每个像素的颜数m和每个像素占用的存储器的比特数n之间的关系由下面的公式给出：
n=log2m
2）由于显示缓冲存储器的容量应按照最高灰度（65536）设计，故容量为640×480×（log265536）bit/8=614400B≈615KB
六、综合题
37、解析： 1）页大小为8KB，页内偏移地址为13位，故A=B=32-l3=19；D=13；C=24-13=l1：主存块大小为64B，故G=6。2路组相联，每组数据区容量有64B×2=128B，共有64KB/128B=512组，故F=9：E=24-G-F=24-6-9=9。因而A=19，B=19，C=11，D=l3，E=9，F=9，G=6。TLB中标记字段B的内容是虚页号，表示该TLB项对应哪个虚页的页表项。
2）块号4099=000011B，因此所映射的Cache组号是000000011B=3，对应的H字段内容为000001000B。
3）Cache缺失带来的开销小，而处理缺页的开销大。因为缺页处理需要访问磁盘，而Cache缺失只访问主存。
4）因为采用直写策略时需要同时写快速存储器和慢速存储器，而写磁盘比写主存慢得多，所以，在Cache——主存层次，Cache可以采用直写策略，而在主存——外存（磁盘）层次，修改页面内容时总是采用写回策略。
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（0）过程中，n=0，当i=0时，i=00000000H，并且n-1=FFFFFFFFH。因此当执行第20条指令时，在补码加/减运算中执行“0减FFFF FFFFH”的操作，即00000000H+00000000H+1=0000 0001H，此时进位输出C=0，减法运算的借位标志CF=C田1=1。
（4）f2中不能用shl 指令实现power*2。 因为shl指令用来将一个整数的所有有效数位作为一个整体左移，而f2中的变量power是float型，其机器数中不包含最高有效数位，但包含了阶码部分，将其作为一个整体左移时并不能实现“乘2”的功能。因而f2中不能用shl 指令实现power*2。浮点数运算比整型运算要复杂，耗时也较长。
39、解析：
1）由题中指令序列可见，ADD指令后的所有指令都用到ADD指令的计算结果。表列出了未采用特殊处理的流水线示意，表中ADD指令在WB段才将计算结果写入寄存器R，中，但SUB指令在其ID段就要从寄存器R1中读取该计算结果。同样AND指令、OR指令也将受到这种相关关系的影响。ADD指令只有到第5个时钟周期末尾才能结束对寄存器R的写操作，使XOR指令可以正常操作，因为它在第6个时钟周期才读寄存器R1的内容。
2）表是对上述指令进行延迟处理的流水线示意。由表可见，从第一条指令进入流水线到最后一条指令流出流水线，共需12个时钟周期。