2021年湖南科技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：红楼梦读后感2000字)
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2021年湖南科技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、某指令系统指令字长为8位，每一地址码长3位，用扩展操作码技术。若指令系统具有两条二地址指令、10条零地址指令，则最多有（ ）条一地址指令。
A.20 B.14 C.10 D.6
2、在通用计算机指令系统的二地址指令中，操作数的物理位置可安排在（ ）。
I.一个主存单元和缓冲存储器
Ⅱ.两个数据寄存器
IⅡ.一个主存单元和一个数据寄存器
IV.一个数据寄存器和一个控制存储器
V.一个主存单元和一个外存单元
A. Ⅱ、Ⅲ、IV B.IⅡ、Ⅱ C. I、Ⅱ、Ⅲ D.I、Ⅱ、Ⅲ、V
3、float型数据通常用IEEE754标准中的单精度浮点数格式表示。如果编译器将float型变量x分配在一个32位浮点寄存器FR1中，且x=-8.25，则FR1的内容是（ ）。
A.C1040000H B.C2420000H C. C1840000H 20000H
4、float 型数据常用IEEE754单精度浮点格式表示。假设两个float型变量x和y分别存放在32位寄存器fl和f2中，若（fl）=CC900000H，（f2）=BOC00000H，则x和y之间的关系为（ ）。
A.x
A.22H B.33H C.66H D.77H
6、在一个容量为l28KB的SRAM存储器芯片上，按字长32位编址，其地址范围可从0000H到（ ）。
A.3H B.7H C.7H D.3fH
7、某机器字长32位，存储容量64MB，若按字编址，它的寻址范围是（ ）。
A.8M B.16MB C.16M D.8MB
8、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
9、下列描述中，正确的是（ ）。
A.控制器能理解、解释并执行所有指令以及存储结果
B.所有数据运算都在CPU的控制器中完成
可存放运算结果
D.输入、输出装置以及外界的辅助存储器称为外部设备
10、下列关于总线仲裁方式的说法中，正确的有（ ）。
I.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.计数器定时查询方式下，有，根总线请求（BR）线和一根设备地址线，若每次计数都从0开始，则设备号小的优先级高
III.链式查询方式对电路故障最敏感
IV.分布式仲裁控制逻辑分散在总线各部件中，不需要中央仲裁器 ，IV B. I，III，IV C. I，II，IV ，III，IV
11、某机器I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息，字符信息格式为1位起始位、8位数据位、1位校验位和1位停止位。若要求每秒传送640个字符，那么该设备的有效数据传输率应为（ ）。
A.640b/s B.640B/s C.6400B/s D.6400b/s
12、（ ）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
13、下列部件中不属于控制部件的是（ ）。
A.指令寄存器 B.操作控制器 C.程序计数器 D.状态条件寄存器
14、禁止中断的功能可以由（ ）来完成。
A.中断触发器
B.中断允许触发器
C.中断屏蔽触发器
D.中断禁止触发器
15、在采用中断I/0方式控制打印输出的情况下，CPU和打印控制接口中的I/O端口之间交换的信息不可能是（ ）。
A.打印字符 B.主存地址 C.设备状态 D.控制命令
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、存储器的技术指标有存储容量、存取时间、________和________、
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、数组多路通道允许________个设备进行________型操作，数据传送单位是________
20、多个用户共享主存时，系统应提供_______。通常采用的方法是_______保护和_______保护，并用硬件来实现。
21、指令字长度有______、______、______三种形式。
22、中断处理需要有中断________。中断________产生，中断________等硬件支持。
23、相联存储器是按_________访问的存储器，在cache中用来存放_________，在虚拟存储器中用来存放_________.
24、直接内存访问（DM）方式中，DM控制器从CPU完全接管对_______的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和_______之间进行。
25、由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在______和______两方面进行扩充才能满足实际需求。
三、名词解释题
26、页式管理：
27、微程序：
28、主机：
29、归零制RZ：
四、简答题
30、能不能说CPU的主频越快，计算机的运行速度就越快？为什么？
31、总线的分类方法主要有哪几种？请分别按这几种法说明总线的分类。
32、何谓通用串口I/O标准接口IEEE1394？简述其性能特点？
33、什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？
五、计算题
34、将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码4位（包含一位阶符），分别用补码和移码表示；尾数9位（包含一位数符），用补码表示。
1）27/64。
2）-27/64。
35、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？
36、假设某字长为8位的计算机中，带符号整数采用补码表示，x=-68，y=-80，x和y分别存放在寄存器A和B中。请回答下列问题（要求最终用十六进制表示二进制序列）：
1）寄存器A和B中的内容分别是什么？
2）若x和y相加后的结果存放在寄存器C中，则寄存器C中的内容是什么？运算结果是否正确？此时，溢出标志（OF）、符号标志（SF）和零标志（ZF）各是什么？加法器最高位的进位C。是什么？
3）若x和y相减后的结果存放在寄存器D中，则寄存器D中的内容是什么？运算结果是否正确？此时，溢出标志（OF）、符号标志（SF）和零标志（ZF）各是什么？加法器最高位的进位Cn是什么？
4）若将加法器最高位的进位Cn作为进位标志（CF），则能否直接根据CF的值对两个带符号整数的大小进行比较？
六、综合题
37、设浮点数字长32位，其中阶码部分8位（含l位阶符），尾数部分24位（含1位数符），当阶码的基值分别是2和16时：
1）说明基值2和16在浮点数中如何表示。 2）当阶码和尾数均用补码表示，且尾数采用规格化形式时，给出这两种情况下所能表示的最大正数真值和非零最小正数真值。
3）在哪种基值情况下，数的表示范围大？
4）两种基值情况下，对阶和规格化操作有何不同？
38、某计算机字节长为16位，主存地址空间大小为128KB，按字编址。采用单字长指令格式，指令各字段定义如图所示。
15 12 11 6 5 0
OP Mx R1 Md Rd
源操作数 目的操作数
转移指令采用相对寻址方式，相对偏移用补码表示，寻址方式的定义见表
寻址方式的定义
My/Md
000B
001B
010B
011B
寻址方式
寄存器直接
寄存器间接
寄存器间接、自增
相对
助记符
Rn
（Rn）
（Rn）+
D（Rn）
含义
操作数=（Rn）
操作数=（（Rn））
操作数=（（Rn）），（Rn）+1→Rn
转移目标地址=（PC）+（Rn）
回答下列问题： 1）该指令系统最多可有多少指令？该计算机最多有多少个通用寄存器？存储地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）至少各需要多少位？
2）转移指令的目标地址范围是多少？
3）若操作码0010B表示加法操作（助记符为add），寄存器R4和R5的编号分别为100B和101B，R4的内容为1234H，R5的内容为5678H，地址1234H中的内容为5678H，地址5678H中的内容为1234H，则汇编语句“add（R4），（R5）+”（逗号前为源操作数，逗号后为目的操作数）对应的机器码是什么（用十六进制表示）？该指令执行后，哪些寄存器和存储单元中的内容会改变？改变后的内容是什么？
39、采用微程序控制器的某计算机在微程序级采用两级流水线，即取第i+1条微指令与执行第i条微指令同时进行。假设微指令的执行时间需要40ns，试问：
1）若控制存储器选用读出时间为30ns的ROM，在这种情况下微周期为多少？并画出微指令执行时序图。
2）若控制存储器选用读出时间为50ns的ROM，在这种情况下微周期为多少？并画出微指令执行时序图。
参考答案
一、选择题
1、B
2、B
3、A
4、A
5、A
6、B
7、C
8、C
9、D
10、B
11、B
12、A
13、D
14、B
15、B
二、填空题
16、cache 主存
17、存储周期 存储器带宽 18、数据 先进后出 存储器
19、1（单） 传输 数据块
20、存储保护 存储区域 访问方式
21、单字长 半字长 双字长
22、优先级仲裁 向量 控制逻辑
23、内容 行地址表 段表、页表和快表
24、总线 I/O设备（或输入输出设备）
25、存取时间 存储周期 存储器带宽
三、名词解释题
26、页式管理：
一种虚拟存储器的管理方式，把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定容量的页，需要是装入内存，各页可装入主存中不同的实际页面位置。
27、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。
28、主机：
主机中包含了除输入输出设备以外的所有电路部件，是一个能够独立工作的系统。
29、归零制RZ：
一种磁盘信息记录方式，正脉冲表示1，负脉冲表示0，在记录下一个信息之前记录电流要恢复到零电流。
四、简答题 30、答：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构，时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看综合效果。
31、答：A、按传送格式分为：串行总线、并行总线；B、按时序控制方式分为：同步总线（含同步扩展总线），异步总线；C、按功能分为：系统总线，CPU内部总线、各种局部总线。
32、答：IEEE1394是串行1/0标准接口。与SCSI并行I/0接口相比，它具有更高的数据传输速率和数据传送的实时性，具有更小的体积和连接的方便性。IEEE1394的一个重大特点是，各被连接的设备的关系是平等的，不用PC介入也能自成系统。因此IEEE1394已成为因特尔、微软等公司联手制定的PC98系统设计指南的新标准。
33、答：人们习惯把每一条机器语言的语句称为机器指令，而又将全部机器指令的集合称为机器的指令系统。
五、计算题
34、解析
1）27/64=0.011011=0.11011×2-1
当补码和尾数都采用补码表示时：1，111：0.11011000。
阶码采用移码、尾数采用补码表示时：0.11l：0.11011000。
2）-27/64=1.011011=1.11011×2-1
当补码和尾数都采用补码表示时：1，11l；1.00101000。
阶码采用移码、尾数采用补码表示时：0.1l1：l.00101000。
35、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。
36、解析：
1）[-68]补=[-1000100B]
补=10111100B=BCH。
[-80]
补=[-1010000B]
补=10110000B=B0H。
所以，寄存器A和寄存器B中的内容分别是BCH和BOH。
2）①[x+y]
补=[x]
补+[y]
补=10111100B+10110000B=（1）0110100B=6CH，最高位前面的一位1被丢弃，因此，寄存器C中的内容为6CH。
2② 寄存器C中的内容为6CH，对应的真值为+108，而x+y的正确结果应是-68+（-80）-148，故结果不正确。
③溢出标志位（OF）可采用以下任意一条规则判断得到。
规则1：若两个加数的符号位相同，但与结果的符号位相异，则溢出。
规则2：若最高位上的进位和次高位上的进位不同，则溢出。
通过这两个规则都能判断出结果溢出，即溢出标志位（OF）为1，说明寄存器C中的内容不是正确的结果。结果的第一位0为符号标志（SF），表示结果为整数。因为结果不为0，所以零标志ZF=0。
综上，溢出标志（OF）为1，符号标志（SF）为0，零标志（ZF）为0。 ④加法器最高位向前的进位Cn为l。
3）①[x-y]=[x]
补+[-y]
补=10111100B+01010000B=（1）00001100B=OCH，最高位前面的一位1被丢弃，因此，寄存器D中的内容为CH。
②对应的真值为+12，结果正确。
③两个加数的符号位相异一定不会溢出，因此溢出标志（OF）为0，说明寄存器D中的内容是真正的结果：结果的第一位0为符号标志（SF），表示结果为正数：因为结果不为0，所以零标志ZF=0。
综上，溢出标志（OF）为0，符号标志（SF）为0，零标志（ZF）为0。
④加法器最高位向前的进位Ca为1。
4）从2）和3）的例子就可得出，带符号整数-68和-80时，C。为1，而带符号数-68和80时，Cn一样为1，所以若将加法器最高位的进位Ca作为进位标志（CF）.无法直接根据CF的值判断两个带符号整数的大小。
六、综合题
37、解析：
1）基值2和16在浮点数中是隐含表示的，并不出现在浮点数中。
2）最大正数，也就是，尾数最大且规格化，阶码最大的数；最小正数，也就是，尾数最小且规格化（t为基值时，尾数的最高log2t位不全为0的数为规格化数），阶码最小的数。
当阶码的基值是2时，最大正数：0.111111l：0，11…1，真值是（1-2-23）×2127；最小正数：1，0000000：0，10…0，真值是2-129。
当阶码的基值是16时，最大正数：0.111111；0，11…1，真值是（1-2-23）×16127：最小正数：1，0000000：0，0001.0，真值是16-129
3）在浮点数表示中，基值越大，表示的浮点数范围就越大，所以基值为16的浮点数表示范围大。 4）对阶时，需要小阶向大阶看齐，若基值为2的浮点数尾数右移一位，阶码加1：而基值为16的浮点数尾数右移4位，阶码加1。
格式化时，若基值为2的浮点数尾数最高有效位出现0，则需要尾数向末移动一位，阶码减1：而基值为16的浮点数尾数最高4位有效位全为0时，才需要尾数向左移动，每移动4位，阶码减1。
38、解析：
1）指令操作码占4位，则该指令系统最多可以有24=16条指令。由于指令操作数占6位，其中3位指示寻址方式，寄存器编号占3位，因此该计算机最多可以有23=8个通用寄存器。由于计算机字长为16位，因此存储器数据寄存器（MDR）至少为16位。主存空间为128KB，按字（l6位）编址，寻址范围为0~64K，存储器地址寄存器（MAR）需16位（216=64K）。
2）寄存器为16位，指令中可寻址范围至少可达0~216-1。主存地址空间为216=64K，寻址范围也应该大于或等于64K。因此，转移指令的目标地址范围是0~216-1。
3）汇编语句“add（R4）.（R5）+”对应的机器码。
对应的机器码写成十六进制为0101B=2315H：该指令的功能是将R4内容所指存储器单元的内容（源）与R5内容所指存储器单元（目标）的内容相加后，写到R5内容所指的存储器单元。
39、解析：在执行本条微指令的同时，预取下一条微指令。因为这两个操作是在两个完全不同的部件中执行的，所以这种重叠是完全可行的。取微指令的时间与执行微指令的时间哪个长，就以它作为微周期 1）若控制存储器选用读出时间为30ns的ROM，微指令执行时序图如图a所示。因为取第i+1条微指令与执行第i条微指令同时进行，所以取微指令的读出时间为30ns，而微指令的执行时间需要40ns。这种情况下微周期取最长的时间，即40ns。
2）若控制存储器选用读出时间为50ns的ROM，微指令执行时序图如图b所示。这种情况下微周期需取50ns。