2021年常州大學(xué)懷德學(xué)院軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年常州大學(xué)懷德學(xué)院軟件工程專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、采用八體并行低位交叉存儲(chǔ)器，設(shè)每個(gè)體的存儲(chǔ)容量為32K×16位，存儲(chǔ)周期為400ns，下述說(shuō)法中正確的是（）。400nsCPU2位二進(jìn)制信息l00nsCPU27位二進(jìn)制信息400nsCPU2位二進(jìn)制信息100nsCPU2位二進(jìn)制信息2、在對(duì)破壞性讀出的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫(xiě)操作時(shí)，為維持原存信息不變，必須輔以的操作是（）。A.刷新 B.再生 寫(xiě)保護(hù) 主存校驗(yàn)3、一個(gè)C323個(gè)變量xy、z，其中xzint型，yshortx=127，y=-9z=xty后，x、y、z的值分別是（）。A.x=0000007FH，y=FFF9H，z=00000076HB.x=0000007FH，y=FFF9H，z=FFFFO076HC.X=0000007FH，y-FFF7H，z=FFFF0076HD.X=0000007FH，y=FFF7H，z=00000076H4、由3個(gè)“1”和5個(gè)“0”組成的8位二進(jìn)制補(bǔ)碼，能表示的最小整數(shù)是（）。A.-126 B.-125 C.-32 D.-35x=103，y=-258位定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，會(huì)發(fā)生溢出的是（）。A.x+y B.-x+y C.x-y D.x-y6、系統(tǒng)總線中的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線是根據(jù)（）來(lái)劃分的。A.總線所處的位置B.總線的傳輸方向C.總線傳輸?shù)膬?nèi)容D.總線的材料7100MHz32/數(shù)據(jù)線復(fù)用，每傳輸一個(gè)地址或數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)鐘周期。若該總線支持突發(fā)（猝發(fā)）“”128位數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間至少是（）。A.20ns B.40nsC.50ns D.80ns8、下列選項(xiàng)中，能縮短程序執(zhí)行時(shí)間的措施是（）。提高CPU時(shí)鐘頻Ⅱ.優(yōu)化數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)對(duì)程序進(jìn)行編譯優(yōu)A.儀IⅡ B.僅I、Ⅲ 僅Ⅱ、I D.I、Ⅱ、Ⅲ9、在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，作為硬件與應(yīng)用軟件之間的界面是（）。A.操作系統(tǒng)B.編譯程序C.指令系統(tǒng)D.10、某計(jì)算機(jī)采用微程序控制器，共有32條指令，公共的取指令微程序包含2條微指令，各指令對(duì)應(yīng)的微程序平均由4條微指令組成，采用斷定法（下地址字，段法）確定下條微指令地址，則微指令中下地址字段的位數(shù)至少是（）。A.5 B.6 C.8 D.911、流水線計(jì)算機(jī)中，下列語(yǔ)句發(fā)生的數(shù)據(jù)相關(guān)類型是（）。ADDR1，R2，R3；（R2）+（R3）→RIADDR4，R1，R5；（R1）+（R5）R4A.寫(xiě)后寫(xiě) 讀后寫(xiě) 寫(xiě)后讀 讀后讀1216560址指令，那么單地址指令最多有（）條。A.4 B.32 C.128 D.25613、零地址雙操作數(shù)指令不需要指出操作數(shù)地址，這是因?yàn)椋ǎ?。A.操作數(shù)已在數(shù)據(jù)緩沖寄存器中B.操作數(shù)隱含在累加器中C.操作數(shù)地址隱含在堆棧指針中D.利用上一條指令的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行操作147200r/min8ms1000個(gè)扇區(qū)，則訪問(wèn)一個(gè)扇區(qū)的平均存取時(shí)間大約是（）。A.8.1ms B.12.2ms C.16.3ms D.20.5ms15100ns400ns發(fā)出一次中斷請(qǐng)求，中斷50nsCPU用于該設(shè)備的I/OCPU時(shí)間的百分比至少是（）。A.12.5% B.25% C.37.5% D.50%二、填空題16、指令格式是指令表示的結(jié)構(gòu)形式，通常格式中由操作碼字段字組成。17、RISC的中文含義，CISC的中文含義 18、閃速存儲(chǔ)器特別適合微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，被譽(yù)而成為代替磁盤(pán)的種理想工具。19、按IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的階碼E的值等于指數(shù)加上一個(gè)固定的20、多個(gè)用戶共享主存時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提。通常采用的方法保護(hù)和 保護(hù)，并用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。21、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用條件和硬件資源不同，數(shù)據(jù)傳輸方式可采傳送、 傳送、 傳送。22、為了解決多同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總，必須具部件。23、虛擬存儲(chǔ)器指的層次，它給用戶提供了一個(gè)比實(shí)空間大的多 空間。24、為了運(yùn)算器的高速性，采用進(jìn)位乘除法， 等并行技術(shù)施。25、存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間和 、三、名詞解釋題26、解釋程序：27、分辨率：28、RAM：29、波特率：四、簡(jiǎn)答題30、中斷處理過(guò)程包括哪些操作步驟？31、什么是中斷？請(qǐng)說(shuō)明它的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。32、何謂分布式仲裁方式？33、原理性地說(shuō)明條件相對(duì)轉(zhuǎn)移指令的指令格式和執(zhí)行步驟。五、計(jì)算題34、一個(gè)直接映射的Cache有128個(gè)字塊，主機(jī)內(nèi)存包含16K個(gè)字塊，每個(gè)塊有16個(gè)字，訪問(wèn)Cache的時(shí)間是10ms，填充一個(gè)Cache字塊的時(shí)間是200ms，Cache的初始狀態(tài)為空。如果按字尋址，請(qǐng)定義主存地址字段格式，給出各字段的位寬；CPU16~21010Cache的命中率是多少？3）10次循環(huán)中，CPU平均每次循環(huán)讀取的時(shí)間是多少？35、假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，其中階碼6位（包含兩位階符），尾數(shù)10位（包含兩位數(shù)符）。已知十進(jìn)制數(shù)x=125，y=-18.125，試計(jì)算[x-y]。（其結(jié)果用二進(jìn)補(bǔ)制真值表示，舍入時(shí)采用0舍l入法）。36、假設(shè)對(duì)于上題中的計(jì)算機(jī)M和程序P的機(jī)器代碼，MP開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，（R1）=（R2）=0，（R6）=1000，其機(jī)器代碼已調(diào)入主存但不在Cache中：數(shù)組A未調(diào)入主存，且所有數(shù)組元素在同一頁(yè)，并存儲(chǔ)在磁盤(pán)同一個(gè)扇區(qū)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題并說(shuō)明理由。P執(zhí)行結(jié)束時(shí)，R2的內(nèi)容是多少？M的指令CacheCache分離。若指令Cache共有16行，Cache和主存交換的塊大小為32P令Cache的命中率為多少？P生缺頁(yè)，異常？對(duì)于數(shù)組A的訪問(wèn)，需要讀磁盤(pán)和TLB至少各多少次？六、綜合題37、假定在一個(gè)8位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行如下類C程序段：unsignedintx=134；unsignedinty=246；intm=x；intn=y；unsignedintz1=x-y；unsignedintz2=x+y；intkl=m-n；intk2=m+n；若編譯器編譯時(shí)將8個(gè)8位寄存器R1~R8分別分配至變量x、y、m、n、zl、z2、kl和k2，則回答下列問(wèn)題（提示：帶符號(hào)整數(shù)用補(bǔ)碼表示）：執(zhí)行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的內(nèi)容分別是什么（表示）？執(zhí)行上述程序段后，變量m和k1的值分別是多少（用十進(jìn)制表示）？上述程序段涉及帶符號(hào)整數(shù)加/減、無(wú)符號(hào)整數(shù)加/減運(yùn)算，這否利用同一個(gè)加法器及輔助電路實(shí)現(xiàn)？簡(jiǎn)述理由。計(jì)算機(jī)內(nèi)部如何判斷帶符號(hào)整數(shù)加/序段中，哪些帶符號(hào)整數(shù)運(yùn)算語(yǔ)句的執(zhí)行結(jié)果會(huì)發(fā)生溢出？38、在一個(gè)8級(jí)中斷系統(tǒng)中，硬件中斷響應(yīng)從高到低的優(yōu)先順序是：1→2→3→4→5→6-7-8，設(shè)置中斷屏蔽寄存器后，中斷處理的優(yōu)先順序變?yōu)?→5→8→3→2→4→6→7。應(yīng)如何設(shè)置屏蔽碼？如果CPU5、67級(jí)3個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)到達(dá)，中斷請(qǐng)求8在6沒(méi)有處理完以前到達(dá)，在處理8時(shí)中斷請(qǐng)求2又到達(dá)CPU，試畫(huà)出CPU響應(yīng)這些中斷的順序示意圖。39CPU主頻為80MHz，CPI為41.5次，主存與Cache之間交換的塊大小為16B，Cache的命中率為99%，存儲(chǔ)器總線的寬度為32位。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：該計(jì)算機(jī)的MIPS數(shù)是多少？平均每秒Cache缺失的次數(shù)是多少？在不考慮DMA傳送的情況下，主存帶寬至少達(dá)到多少才能滿足CPU的訪存要求？假定在Cache0.0005%CPU平均每秒產(chǎn)生多少次缺頁(yè)異常？若頁(yè)面大小為4KB盤(pán)時(shí)DMA傳送采用周期挪用的方式，磁盤(pán)I/O接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器為32位，則磁盤(pán)1/0DMA請(qǐng)求次數(shù)至少是多少？CPU和DMA控制器同時(shí)要求使用總線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，哪個(gè)優(yōu)先級(jí)更高？為什么？為了提高性能，主存采用4體低位交叉存儲(chǔ)模式，工作時(shí)每1/4個(gè)存儲(chǔ)周期啟動(dòng)1個(gè)體，若每個(gè)體的存儲(chǔ)周期為50ns，則該主存能夠提供的最大帶寬是多少？參考答案一、選擇題、A、B3、D、B、C、C、C8、D?！?、A、C、C、A、C、B15、B、二、填空題16、二進(jìn)制代碼地址碼17、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)18、便攜式固態(tài)盤(pán)19、真值偏移量20、存儲(chǔ)保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)域訪問(wèn)方式21、并行串行復(fù)用22、主設(shè)備控制權(quán)總線仲裁23、主存--外存主存虛擬地址24、先行陣列流水線25、存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)器帶寬三、名詞解釋題26、解釋程序：解釋執(zhí)行高級(jí)語(yǔ)言程序的計(jì)算機(jī)軟件，解釋并立即執(zhí)行源程序的語(yǔ)句。27、分辨率：衡量顯示器顯示清晰度的指標(biāo)，以象素的個(gè)數(shù)為標(biāo)志。28、RAM：隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，能夠快速方便的訪問(wèn)地址中的內(nèi)容，訪問(wèn)的速度與存儲(chǔ)位置無(wú)關(guān)。29、波特率：碼元傳輸速率，每秒通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元數(shù)。（傳的是信號(hào)）四、簡(jiǎn)答題30、答：中斷處理過(guò)程如下：⑴設(shè)備提出中斷請(qǐng)求；⑵當(dāng)一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)CPU響應(yīng)中斷⑶CPU設(shè)置“中斷屏蔽”標(biāo)志，不再響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求⑷保存程序斷點(diǎn)（PC）⑸硬件識(shí)別中斷源（移到中斷服務(wù)子程序入口地，址）⑹用軟件方法保存CPU現(xiàn)場(chǎng)⑺為設(shè)備服務(wù)⑻恢復(fù)CPU現(xiàn)場(chǎng)⑼“中斷屏蔽”標(biāo)志復(fù)位，以便接收其它設(shè)備中斷請(qǐng)求⑽返回主程序31、答：在計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，cpu接到跟緊急的服務(wù)請(qǐng)求而暫停執(zhí)行的現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)而去執(zhí)行終端服務(wù)程序，已處理隨機(jī)事件，執(zhí)行完畢后又恢復(fù)源程序的執(zhí)行；主要特點(diǎn)：隨機(jī)性，通過(guò)執(zhí)行程序處理隨機(jī)事件；使用于中低速的NO管理，已處理隨機(jī)事件；32、答：分布式仲裁是以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)的仲裁方式。它不需要中央仲裁器，每個(gè)潛在的主方功能模塊都有自己的仲裁號(hào)和仲裁器。當(dāng)它們有總線請(qǐng)求時(shí)，把它們唯一的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個(gè)仲裁器將仲裁總線上得到的號(hào)與自己的號(hào)進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號(hào)大，則它的總線請(qǐng)求不予響應(yīng)，并撤銷它的仲裁號(hào)。最后，獲勝者的仲裁號(hào)保留在仲裁總線上33、解析：按指令功能分類，一般可將指令分為以下幾類：①算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令：每臺(tái)計(jì)算機(jī)都不可或缺的指令，用來(lái)完成算術(shù)邏輯運(yùn)算。②移位指令：用來(lái)完成算術(shù)移位和邏輯移位。③數(shù)據(jù)傳送指令：用來(lái)完成CPU機(jī)器中還可以用來(lái)完成CPU與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。④轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用與返回指令：主要用來(lái)改變指令執(zhí)行次序的問(wèn)題。⑤其他指令：停機(jī)指令，開(kāi)、關(guān)中斷指令等。按操作數(shù)個(gè)數(shù)分類，一般可分為：①零操作數(shù)指令。②單操作數(shù)指令。③雙操作數(shù)指令。④多操作數(shù)指令。五、計(jì)算題34、解析：按字尋址，每個(gè)塊有164位。Cache有128個(gè)字塊，故Cache字塊地址為816K個(gè)字塊，故主存地址總共14位。則主存字塊標(biāo)記位數(shù)為14-8-位。

4=2Cache中每個(gè)塊16個(gè)字，故16~210位置的字，按照直接映射可分別放入Cache的第1~13Cache的初始狀態(tài)為空，循環(huán)讀取10次時(shí)，第一次循環(huán)第16、3248、64…、20813次，其他位置均命中，后面9次循環(huán)每個(gè)字都命中。故Cache的命中率為1-13/（195×10）=99.3%。第一次循環(huán)需要填充Cache13次，訪問(wèn)Cache195-13=182次，總時(shí)間為200ns×13+10ns×182=4420ms。其余9次循環(huán)只需訪問(wèn)Cache195次，總時(shí)間為195×10ns×9=17550ns。故平均訪問(wèn)時(shí)間為（17550ns+4420ns）/10=2197ns。35、64.解析：首先將x和y轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101由于jx=00，0111，因此[jx]補(bǔ)=00，0111，同理[-jy]補(bǔ)=11，1011故[jx]補(bǔ)=00，0111；00.11111010[-jy]補(bǔ)=00，0101；11.01101111下面可以按照5個(gè)步驟來(lái)做：對(duì)階。求階差：[?]=[jx]-[jx]=[jx]+[-jy]

。=000111+111011=000010??補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ) 補(bǔ)所以y的階碼要低2，故應(yīng)該y向x對(duì)齊，y尾數(shù)需要右移兩位，階碼加2，如下：[y]=000111，11.110110112）補(bǔ)尾數(shù)求差。00.11111010+00.00100101（y尾數(shù)的負(fù)數(shù)補(bǔ)碼）01.00011111補(bǔ)即[x-y]=00，0111；01.00011111。補(bǔ)01.×××…x，說(shuō)明需要右規(guī)一次即可，階碼加1，最后可得[x-y]

=00，1000；00.100011111（加了下畫(huà)線的1為右規(guī)丟棄的1）補(bǔ)舍入處理。ft于右規(guī)低位丟1，因此尾數(shù)末位加1，即尾數(shù)變?yōu)?0.10010000。溢出判斷。最后階符為0000.10010000轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=10010000

=001000，補(bǔ)36、解答：該題繼承了上題中的相關(guān)信息，統(tǒng)考中首次引入此種設(shè)置，具體考察到程序的運(yùn)行結(jié)果、Cache的大小和命中率的計(jì)算以及磁盤(pán)和TLB的相關(guān)計(jì)算，是一題比較綜合的題型。R2里裝的是ii<N（1000），即當(dāng)i自增到不滿足這個(gè)條件時(shí)跳出循環(huán)，程序結(jié)束，所以此時(shí)i的值為1000。Cache共有1632B，所以Cache數(shù)據(jù)區(qū)的容量為16x32B=512B。P共有6條指令，占24B，小于主存塊大?。?2B），其起始地址為08048100H，對(duì)應(yīng)Cache缺失，故將P所在的主存塊調(diào)入Cache某一行，以后每次讀取指令時(shí)，都能在指令Cache中命中。因此在1000次循環(huán)中，只會(huì)發(fā)生1次指令訪問(wèn)缺失，所以指令Cache的命中率為：（1000×6-1）/（1000×6）=99.98%。指令4sum+=A[i]，當(dāng)數(shù)組A中元素的值過(guò)大時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致這條加法指令發(fā)生溢出異常：而指令2、5雖然都是加法指令，但它們分別為數(shù)組地址的計(jì)算指令和存儲(chǔ)變量i的寄存器進(jìn)行自增的指令，而i最大到達(dá)1000它們都不會(huì)產(chǎn)生溢出異常。只有訪存指令可能產(chǎn)生缺頁(yè)異常，即指令3可能產(chǎn)生缺頁(yè)異常。因?yàn)閿?shù)組A致訪盤(pán)，把A調(diào)入內(nèi)存，而以后數(shù)組A的元素都在內(nèi)存中，則不會(huì)導(dǎo)致訪盤(pán)，所以該程序，共訪盤(pán)一次。每訪問(wèn)一次內(nèi)存數(shù)據(jù)就會(huì)查T(mén)LB1000次，所以此時(shí)又訪問(wèn)TLB1000A，即訪問(wèn)A[0]時(shí)，會(huì)多訪問(wèn)一次TLB（第一次訪問(wèn)A[0]會(huì)先查一次TLB，然后產(chǎn)生缺頁(yè)，處理完缺頁(yè)中斷后，會(huì)重新訪問(wèn)A[0].此時(shí)又查T(mén)LB），所以訪問(wèn)TLB的次數(shù)一共是1001次。六、綜合題寄存器R1存儲(chǔ)的是134，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為10000110B，即86H。寄存器R5存儲(chǔ)的是x-y的內(nèi)容，x-y=-112，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為10010000B，即90H。寄存器R6存儲(chǔ)的是x+y的內(nèi)容，x+y=380，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制為101111100B（前面的進(jìn)位含棄），即7CH。由于計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為8位，因此無(wú)符號(hào)整數(shù)能表示的范圍為0～255，而x+y=380，故溢出。m二進(jìn)制表示為10000110B，由于m是int型，因此最高位為符號(hào)位，可以得出m的原碼為11111010（對(duì)10000110除符號(hào)位取反加1），即-122。同理，n的二進(jìn)制表示為11110110B，故n的原碼為10001010，轉(zhuǎn)成十進(jìn)制為-10。因此，k1=-122-（-10）=-112。參考答案：可以利用同一個(gè)加法器及輔助電路實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊o(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)都是以補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)，所以運(yùn)算規(guī)則都是一樣的。但有一點(diǎn)需要考慮，由于無(wú)符號(hào)整數(shù)和有符號(hào)整數(shù)的表示范圍是不一樣的，因此需要設(shè)置不一樣的溢出電路。至于內(nèi)部如何判斷溢出，可參考前面的總結(jié)。帶符號(hào)整數(shù)只有k2會(huì)發(fā)生溢出。分析：8位帶符號(hào)整數(shù)的補(bǔ)碼取值范圍為-128~+127，而k2-m+n=-122-10--132，超出范圍。而kl=-112，在范圍-128~+127之內(nèi)。38、解析：中斷屏蔽碼見(jiàn)表中斷處理示意圖如圖所示。5、6、7級(jí)中斷請(qǐng)求同時(shí)到達(dá)，CPU按響應(yīng)優(yōu)先順序首先執(zhí)行中斷服務(wù)程序⑤，在中斷⑤執(zhí)行完后回到現(xiàn)行程序，再按響應(yīng)優(yōu)先順序先進(jìn)入中斷服務(wù)程序④。由于中斷請(qǐng)求的處理優(yōu)先級(jí)，高于中斷④，因此中斷⑤被打斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序③。當(dāng)處理中斷③的過(guò)程中又有一個(gè)中斷請(qǐng)求②