計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題

1、試題一二 應(yīng)用題1. （11分）設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)32位，定點(diǎn)表示，尾數(shù) 31位，數(shù)符1位，問：（1）定點(diǎn)原碼整數(shù)表示時(shí)，最大正數(shù)是多少？最大負(fù)數(shù)是多少？2）定點(diǎn)原碼小數(shù)表示時(shí)，最大正數(shù)是多少？最大負(fù)數(shù)是多少？2. （ 11分）設(shè)存儲(chǔ)器容量為 32字，字長(zhǎng)64位，模塊數(shù)m = 4，分別用順序方式和交叉方 式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期 T = 200 ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期T = 50 ns問順序存儲(chǔ) 器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？3. （11分）指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式特點(diǎn)。31262218 1716 150OP源寄存器變址寄存器偏移量4. （11分）已知某機(jī)采用微程序

2、控制方式，其存儲(chǔ)器容量為512X 48 （位），微程序在整個(gè)控制存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共 4個(gè)，微指令采用水平型格式， 后繼微指令地址采用斷定方式，如圖所示：微命令字段判別測(cè)試字段下地址字段操作控制T J順序控制>（1）微指令中的三個(gè)字段分別應(yīng)多少位？（2）畫出對(duì)應(yīng)這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。5. （11分）畫出PCI總線結(jié)構(gòu)圖，說明三種橋的功能。6. （11分）某機(jī)用于生產(chǎn)過程中的溫度數(shù)據(jù)采集，每個(gè)采集器含有8位數(shù)據(jù)緩沖寄存器一個(gè)，比較器一個(gè)，能與給定范圍比較， 可發(fā)出“溫度過低”或“溫度過高”的信號(hào), 如圖B1.1所示。主機(jī)采用外設(shè)單獨(dú)編址，四個(gè)采集器公用一個(gè)

3、設(shè)備碼，共用一個(gè)接口，允許采用兩種方式訪問：（1）定期巡回檢測(cè)方式，主機(jī)可編程指定訪問該設(shè)備中的某一采集器。（2）中斷方式，當(dāng)采集溫度比給定范圍過底或過高時(shí)能提出隨機(jī)中斷請(qǐng)求，主機(jī)應(yīng)能判別是哪一個(gè)采集器請(qǐng)求，是溫度過低或過高。請(qǐng)擬定該接口中有哪些主要部件（不要求畫出完整的連線圖），并概略說明在兩種方式下的工作原理。 1 _允許 允許1T比較磐一.f圖 B1.1試題二：三.應(yīng)用題n1. （11 分）求證： X Y 補(bǔ)=兇 補(bǔ)？ （-Y0 +Yi ? 2-i ）i 12. （11分）某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng) 16位，主存容量為 64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有64條指令，試采用四種尋址方式（立即、直接、基

4、值、相對(duì)）設(shè)計(jì)指令格式。3. （11分）如圖B2.1表示使用快表（頁(yè)表）的虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換條件，快表存放在相聯(lián)存貯 器中，其中容量為 8個(gè)存貯單元。問：（1）當(dāng)CPU按虛擬地址1去訪問主存時(shí)，主存的實(shí)地址碼是多少？18(2)(3)債閔臣上仔中旳s>Mg口46DODQ4If4000 Ek1oooa»當(dāng)CPU按虛擬地址2去訪問主存時(shí)，主存的實(shí)地址碼是多少?當(dāng)CPU按虛擬地址3去訪問主存時(shí)，主存的實(shí)地址碼是多少?圖 B2.14. （ 11分）假設(shè)某計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器框圖如圖B2.2所示，其中ALU為16位的加法器（高電平工作），Sa、Sb為16位鎖存器，4個(gè)通用寄存器由D觸發(fā)器組成，0端輸出

5、，圖 B2.2其讀寫控制如下表所示：讀控制RoRAoRA1；選擇100r R0101R1110R2111R30xx不讀出寫控制WWAoWA1選擇100R0101R1110R2111R30XX不寫入要求：（1）設(shè)計(jì)微指令格式。（2）畫出ADD , SUB兩條微指令程序流程圖。5. （11分）畫出單機(jī)系統(tǒng)中采用的三種總線結(jié)構(gòu)。6. （ 11分）試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時(shí)間的公式。三應(yīng)用題1. （ 11 分）已知 x = - 0.01111，y = +0.11001,求x 補(bǔ)，-x 補(bǔ) ，y 補(bǔ)，-y 補(bǔ) ，x + y = ?, x -y = ?2. （11分）假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存容量

6、為128K字節(jié)，指令字長(zhǎng)度為 16位或32位, 共有128條指令，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)指令格式，要求有直接、立即數(shù)、相對(duì)、基值、間接、變址六 種尋址方式。3. （11分）某機(jī)字長(zhǎng)32位，常規(guī)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)空間w 32M，若將存儲(chǔ)空間擴(kuò)至 256M，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N可能方案。4.（11分）圖B3.1所示的處理機(jī)邏輯框圖中，有兩條獨(dú)立的總線和兩個(gè)獨(dú)立的存貯器。已知指令存貯器IM最大容量為16384字（字長(zhǎng)18位），數(shù)據(jù)存貯器DM最大容量是65536字（字長(zhǎng)16 位）。各寄存器均有“打入”（Rin）和“送出” （Rout）控制命令，但圖中未標(biāo)出。圖 B3.1設(shè)處理機(jī)格式為：1710 90OPX加法指令可寫為“ ADD

7、X （ R1）”。其功能是（AC0） + （Ri） + X AC1,其中（Ri） + X ）部分通過尋址方式指向數(shù)據(jù)存貯器，現(xiàn)取Ri為R1。試畫出ADD指令從取指令開始到執(zhí)行結(jié)束的操作序列圖，寫明基本操作步驟和相應(yīng)的微操作控制信號(hào)。5. （ 11分）總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個(gè)階段？若采用同步定時(shí)協(xié)議，請(qǐng)畫出讀數(shù)據(jù)的時(shí)序圖來說明。6. （ 11分）圖B3.2是從實(shí)時(shí)角度觀察到的中斷嵌套。試問，這個(gè)中斷系統(tǒng)可以實(shí)行幾重中斷？并分析圖B3.2的中斷過程。三.應(yīng)用題n1 . （ 11 分）設(shè)x補(bǔ)=Xo.X1X2Xn 。 求證：x = -x 0 +Xi2-i2. （11分）指令格式如下所示，其中

8、0P為操作碼，試分析指令格式特點(diǎn)。1801210 95 4OP源寄存器目標(biāo)寄存器3. （11分）以知cache命中率H=0.98，主存比cache慢四倍，以知主存存取周期為200ns,求cache/主存的效率和平均訪問時(shí)間。4. （11分）某計(jì)算機(jī)有8條微指令1118，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)見下表,aj分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅 限8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。4bdishiiItUU1«It77777777V777V77V77775.（ 11分）（1）某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期

9、，總線時(shí)鐘頻率為33MHZ ,求總線帶寬是多少？（2）如果一個(gè)總線中并行傳送 64位數(shù)據(jù)，總線頻率升為 66MHZ，求總線 帶寬是多少？6. （ 11分） 磁盤、磁帶、打印機(jī)三個(gè)設(shè)備同時(shí)工作。磁盤以20卩s的間隔發(fā)DMA請(qǐng)求，磁帶以30卩s的間隔發(fā)DMA請(qǐng)求，打印機(jī)以120卩s的間隔發(fā)DMA請(qǐng)求，假設(shè)DMA控制 器每完成一次DMA傳輸所需時(shí)間為2卩s,畫出多路DMA控制器工作時(shí)空?qǐng)D。應(yīng)用題1. （11分）CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為 3800次，主存完成存取的次數(shù)為200次，已知cache存取周期為50ns,主存為250ns,求cache /主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。2

10、. （ 11分）某加法器進(jìn)位鏈小組信號(hào)為C4C3C2C1，低位來的信號(hào)為 C。，請(qǐng)分別按下述兩種方式寫出C4C3C2C1的邏輯表達(dá)式。（1）串行進(jìn)位方式（2）并行進(jìn)位方式3. （ 11分）圖B5.1所示為存貯器的地址空間分布圖和存貯器的地址譯碼電路，后者可在A組跨接端和B組跨接端之間分別進(jìn)行接線。74LS139是2 : 4譯碼器，使能端 G接地表示譯碼器處于正常譯碼狀態(tài)。要求：完成 A組跨接端與B組跨接端內(nèi)部的正確連接，以便使地址譯碼電路按圖的要 求正確尋址。M 煙Bia*Ul&lM聘褸干圖 B5.1R1 , R2,S1 和 BS0I 章址R3是三個(gè)寄存器，A和B是兩個(gè)三選BS1端控制

11、，例如 BS0BS1 = 11時(shí)，選4. （ 11分）運(yùn)算器結(jié)構(gòu)如圖 B5.2所示，一的多路開關(guān)，通路的選擇由AS。,A擇R3 , BS0BS1 = 01時(shí)，選擇R1,ALU是算術(shù)/邏輯單元。S1S2為它的兩個(gè)操作 控制端。其功能如下：圖 B5.2S1S2 = 00 時(shí)，ALU 輸出=AS1S2 = 01 時(shí)，ALU 輸出=A + BS1S2 = 10 時(shí)，ALU 輸出=A -BS1S2 = 11 時(shí)，ALU 輸出=A ® B請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)控制運(yùn)算器通路的微指令格式。5. (11分)集中式仲裁有幾種方式？畫出獨(dú)立請(qǐng)求方式的邏輯圖，說明其工作原理。6. ( 11分)單級(jí)中斷中，采用串行排隊(duì)鏈法

12、來實(shí)現(xiàn)具有公共請(qǐng)求線的中斷優(yōu)先級(jí)識(shí)別, 請(qǐng)畫出中斷向量為 001010, 001011, 001000三個(gè)設(shè)備的判優(yōu)識(shí)別邏輯圖。1. (11分)設(shè)有兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù) N1 = 2j1 X S1 , 2 = 2j2 X S2 ,其中階碼2位，階符1位,尾數(shù)四位，數(shù)符一位。設(shè)：j 1 = (-10 ) 2 ,S 1 = ( +0.1001) 2j2 =什 10 )2 ,S 2 = ( +0.1011)2求：N X N2，寫出運(yùn)算步驟及結(jié)果，積的尾數(shù)占4位，要規(guī)格化結(jié)果，用原碼陣列乘法器求尾數(shù)之積。2. (11分)已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存貯器，地址碼為18位，若使用4KX 4位RAM芯片組成該機(jī)所允

13、許的最大主存空間，并選用模塊條的形式，問：(1) 若每個(gè)摸條為32KX 8位，共需幾個(gè)模塊條？(2 )每個(gè)模塊內(nèi)共有多少片RAM芯片？(3) 主存共需多少 RAM芯片？ CPU如何選擇各模塊條?_3. (11分)圖B6.1是某SRAM的寫入時(shí)序，其中 R / W 是讀、寫命令控制線，當(dāng)R / W線為低電平時(shí)，存貯器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入存貯器。請(qǐng)指出圖中時(shí)序的錯(cuò)誤，并畫出正確的寫入時(shí)序。迪址 ® 乂 鬲 乂 一戳那 乂 直r(a)圖 B6.14.(11分)某計(jì)算機(jī)有如下部件：ALU,移位器，主存 M主存數(shù)據(jù)寄存器 MDR主存地址寄存器MAR指令寄存器IR，通用寄存器 R F3

14、，暫存器C和D。(1) 請(qǐng)將各邏輯部件組成一個(gè)數(shù)據(jù)通路，并標(biāo)明數(shù)據(jù)流向。(2) 畫出“ ADD R,+ ”指令的指令周期流程圖，指令功能是移位器PC(R) + ( RO) t R1。MBRALUR2MR3MAR圖 B6.25. （11分）集中式仲裁有幾種方式？畫出計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式的邏輯結(jié)構(gòu)圖，說明其工 作原理。6. （ 11分）刷存的主要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%!于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。（1） 若顯示工作方式采用分辨率為1024 X 768，顏色深度為 3B,幀頻（刷新速率）為 72HZ，計(jì)算總帶寬。（2

15、）為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施？三.應(yīng)用題1. （11 分）求證：-y補(bǔ)=+-y補(bǔ)2. （11分）什么是閃速存儲(chǔ)器？它有那些特點(diǎn)？3. （11分）指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式的特點(diǎn)。OP源寄存器基值寄存器位移量（16位）151074 304. （ 11分）某機(jī)運(yùn)算器框圖如圖 B7.1所示，其中ALU由通用函數(shù)發(fā)生器組成，M1 M3為多路開關(guān)，采用微程序控制，若用微指令對(duì)該運(yùn)算器要求的所有控制信號(hào)進(jìn)行微指令編 碼的格式設(shè)計(jì)，列出各控制字段的編碼表。5. （11分）PCI總線周期類型可指定多少種總線命令？實(shí)際給出多少種？請(qǐng)說明存儲(chǔ)器讀/ 寫總線周期的功能。6.

16、（ 11分）試分析圖B7.2所示寫電流波形屬于何種記錄方式。三.應(yīng)用題1.（11 分）設(shè)x補(bǔ)=XO. X1X2Xn。求證：0,1 x 0x補(bǔ)=2xo+x，其中 XO=1,0 X 12. （11分）某機(jī)字長(zhǎng)16位，使用四片74181組成算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元，設(shè)最低位序號(hào)標(biāo)注 為第0位，（1）寫出第5位的進(jìn)位信號(hào) C6的邏輯表達(dá)式。（2）估算產(chǎn)生C6所需的最長(zhǎng)時(shí)間。（3）估算最長(zhǎng)求和時(shí)間。3. （ 11分）如圖B8.1表示用快表（頁(yè)表）的虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換條件，快表放在相聯(lián)存貯器中，其容量為8個(gè)存貯單元，問：（1）當(dāng)CPU按虛地址1去訪問主存時(shí)主存的實(shí)地址碼是多少？（2）當(dāng)CPU按虛地址2去訪問主存時(shí)主存

17、的實(shí)地址碼是多少？（3）當(dāng)CPU按虛地址3去訪問主存時(shí)主存的實(shí)地址碼是多少？圖 B8.14. （ 11分）圖B8.2給出了微程序控制的部分微指令序列，圖中每一框代表一條微指令。分支點(diǎn)a由指令寄存器Ir5，Ir6兩位決定，分支點(diǎn)b由條件碼標(biāo)志c決定?，F(xiàn)采用斷定 方式實(shí)現(xiàn)微程序的程序控制，已知微地址寄存器長(zhǎng)度為8位，要求：（1 ）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該微指令序列的微指令字順序控制字段的格式。（2）畫出微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖。圖 B8.25. （11分）某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄面，每毫米5道，每道記錄 信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為 230mm ,共有275道。問：（1）磁盤存貯器的容量

18、是多少？（2）最高位密度與最低位密度是多少？（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4 ）平均等待時(shí)間是多少？（5 ）給出一個(gè)磁盤地址格式方案。6. （ 11分）畫出程序中斷方式基本接口示意圖，簡(jiǎn)要說明Im, IR ,EI , RD, BS五個(gè)觸發(fā)器的作用。三應(yīng)用題1.（11 分）已知：x= 0.1011，y = - 0 . 0101，求1 1 12x補(bǔ)，丨4 x補(bǔ)，卜X 補(bǔ)，?y補(bǔ)，1y補(bǔ)，-y 補(bǔ)。42. （11分）用16K X 1位的DRAM芯片構(gòu)成64K X 8位的存貯器。要求：（1）畫出該寄存起組成的邏輯框圖。（2） 設(shè)存貯器讀/寫周期均為0. 5卩s, CPU在1卩s內(nèi)至少要訪存一次。試問采

19、用哪種刷 新方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存貯單元刷新一遍，所需實(shí)際刷新時(shí)間是多少？3. （11分）指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式的特點(diǎn)。OP源寄存器基值寄存器位移量（16位）151074 304.（11分）CPU結(jié)構(gòu)如圖B9.1所示，其中有一個(gè)累加寄存器 AC , 一個(gè)狀態(tài)條件寄存器,各部分之間的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）標(biāo)明圖中四個(gè)寄存器的名稱。（2）簡(jiǎn)述指令從主存取到控制器的數(shù)據(jù)通路。（3） 簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)在運(yùn)算器和主存之間進(jìn)行存/取訪問的數(shù)據(jù)通路。圖 B9.15. （ 11分）試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時(shí)間的公式。6. （

20、11分）如圖B9.2所示的系統(tǒng)中斷機(jī)構(gòu)是采用多級(jí)優(yōu)先中斷結(jié)構(gòu)，設(shè)備A連接于最高優(yōu)先級(jí)，設(shè)備B次之，設(shè)備C又次之。要求CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令時(shí)轉(zhuǎn)而對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)，現(xiàn)假設(shè)：TDC為查詢鏈中每個(gè)設(shè)備的延遲時(shí)間，Ta、TB、Tc分別為設(shè)備A、B、C的服務(wù)程序所需的執(zhí)行時(shí)間，Ts、Tr為保存現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)所需時(shí)間。試問：在此環(huán)境下，此系統(tǒng)在什么情況下達(dá)到中斷飽和？即在確保請(qǐng)求服務(wù)的三個(gè)設(shè)備都不會(huì)丟失信息的條件下，允許出現(xiàn)中斷的極限頻率有多高？注意，“中斷允許”機(jī)構(gòu)在確認(rèn)一個(gè)新中斷之前，先要讓即將被中斷的程序的一條指令指令執(zhí)行完畢。圖 B9.2（11分）如圖B10.1所示，某SRAM勺寫入時(shí)序圖，其中 R / W是讀寫命令控制線, 當(dāng)R / W 線為低電平時(shí)，存貯器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入存貯器。請(qǐng)指出 圖中寫入序的錯(cuò)誤，并畫出正確的寫入時(shí)序圖擁址乂xz®>c圖 B 10.1四. （11分）由S, E, M三個(gè)域組成的一個(gè) 32位二進(jìn)制字所表示的非零規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)x, 其值表示為x =（ -1）S x（ 1. M ）x 2e -問：其所表示的規(guī)格化的最大正