計算機組成原理試題解析及相關(guān)分析教學(xué)教材

計算機組成原理試題解析及相關(guān)分析2.float型數(shù)據(jù)通常用IEEE754單精度浮點數(shù)格式表示。若編譯器將float型變量x分配在一個32位浮點寄存器FR1中，且x=-8.25，則FR1的內(nèi)容是A．C1040000HB．C2420000HC．C1840000HD．C1C20000H考查浮點數(shù)的表示。x的二進制表示為-1000.01﹦-1.00001×211，根據(jù)IEEE754，標(biāo)準(zhǔn)隱藏最高位的“1”，又E-127=3，所以E=130=10000010B，還因數(shù)據(jù)存儲順序為1位數(shù)符+8位階碼（含階符）+23位尾數(shù)。故，F(xiàn)R1內(nèi)容為1100000010000010000000000000000000即，11000001000001000000000000000000=C104000H。3.下列各類存儲器中，不采用隨機存取方式的是A．EPROMB．CDROMC．DRAMD．SRAM

考查隨機存取存儲器。隨機存取方式是指存儲器的任何一個存儲單元的內(nèi)容都可以存取，而且存取時間與存儲單元的物理位置無關(guān)。選項A、C、D均采用隨機存取方式，CD-ROM即光盤，采用串行存取方式。4.某計算機存儲器按字節(jié)編址，主存地址空間大小為64MB，現(xiàn)用4M×8位的RAM芯片組成32MB的主存儲器，則存儲器地址寄存器MAR的位數(shù)至少是A．22位B．23位C．25位D．26位考查存儲器的編制。按字節(jié)編址，64MB的主存地址空間，MAR的尋址范圍是64M，故而是26位，而實際的主存的空間不能代表MAR的位數(shù)。5.偏移尋址通過將某個寄存器內(nèi)容與一個形式地址相加而生成有效地址。下列尋址方式中，不屬于偏移尋址方式的是A．間接尋址B．基址尋址C．相對尋址D．變址尋址考查尋址方式。間接尋址不需要寄存器，EA=(A)?；穼ぶ罚篍A=A+基址寄存器內(nèi)同；相對尋址：EA﹦A+PC內(nèi)容；變址尋址：EA﹦A+變址寄存器內(nèi)容?？疾闂l件轉(zhuǎn)移指令。無符號整數(shù)比較A>B的情況，bgt指令會將兩個無符號數(shù)進行比較，也就是將A和B相減。A-B無進位/借位，也不為0（為0時表示兩數(shù)相同），故而CF和ZF均為0。6.某機器有一個標(biāo)志寄存器，其中有進位/借位標(biāo)志CF、零標(biāo)志ZF、符號標(biāo)志SF和溢出標(biāo)志OF，條件轉(zhuǎn)移指令bgt（無符號整數(shù)比較大于時轉(zhuǎn)移）的轉(zhuǎn)移條件是A．CF+OF＝1B．SF+ZF＝1C．CF+ZF＝1D．CF+SF＝17.下列給出的指令系統(tǒng)特點中，有利于實現(xiàn)指令流水線的是I．指令格式規(guī)整且長度一致II．指令和數(shù)據(jù)按邊界對齊存放III．只有Load/Store指令才能對操作數(shù)進行存儲訪問A．僅I、II

B．僅II、III

C．僅I、III

D．I、II、III考查指令流水線的優(yōu)化。指令定長、對齊、僅Load/Store指令訪存，以上3個都是RISC的特征，使取指令、取操作數(shù)操作簡化且時間長度固定，能夠有效地簡化流水線的復(fù)雜度?？疾橹噶钪芷?。A由于沒有采用指令預(yù)取技術(shù)，故而取指令要訪存；B時鐘周期對指令是不可分割的；C空指令能夠使PC寄存器自動加1，故而不正確；D在指令執(zhí)行結(jié)束時刻，CPU查詢是否有中斷請求，故而可能被中斷。8.假定不采用Cache和指令預(yù)取技術(shù)，且機器處于“開中斷”狀態(tài)，則在下列有關(guān)指令執(zhí)行的敘述中，錯誤的是A．每個指令周期中CPU都至少訪問內(nèi)存一次B．每個指令周期一定大于或等于一個CPU時鐘周期C．空操作指令的指令周期中任何寄存器的內(nèi)容都不會被改變D．當(dāng)前程序在每條指令執(zhí)行結(jié)束時都可能被外部中斷打斷9.在系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)線上，不可能傳輸?shù)氖茿．指令

B．操作數(shù)C．握手（應(yīng)答）信號D．中斷類型號考查總線的特點。數(shù)據(jù)線可能傳輸指令，當(dāng)取指令時，指令便是在數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)?；操作?shù)顯然在數(shù)據(jù)線上傳輸。中斷類型號是用以指出中斷向量地址的，CPU響應(yīng)中斷請求后，將中斷應(yīng)答信號（INTR）發(fā)回到數(shù)據(jù)總線上，CPU從數(shù)據(jù)總線上讀取中斷類型號后，就可以通過這個中斷類型號在中斷向量表上找到該設(shè)備的中斷服務(wù)程序入口地址，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，而握手（應(yīng)答）信號應(yīng)該在通信總線上傳輸。考查中斷屏蔽字。高優(yōu)先級置0表示可被中斷，比該中斷優(yōu)先級低（相等）的置1表示不可被中斷，只能屏蔽L3和其自身。10.某計算機有五級中斷L4~L0，中斷屏蔽字為M4M3M2M1M0，Mi=1（0≤i≤4）表示對Li級中斷進行屏蔽。若中斷響應(yīng)優(yōu)先級從高到低的順序是L0→L1→L2→L3→L4，且要求中斷處理優(yōu)先級從高到低的順序為L4→L0→L2→L1→L3，則L1的中斷處理程序中設(shè)置的中斷屏蔽字是A．11110

B．01101

C．00011

D．0101011.某計算機處理器主頻為50MHz，采用定時查詢方式控制設(shè)備A的I/O，查詢程序運行一次所用的時鐘周期數(shù)至少為500。在設(shè)備A工作期間，為保證數(shù)據(jù)不丟失，每秒需對其查詢至少200次，則CPU用于設(shè)備A的I/O的時間占整個CPU時間的百分比至少是A．0.02%

B．0.05%

C．0.20%

D．0.50%考查程序查詢方式。每秒200次查詢，每次500個時鐘周期，則每秒最少占用200×500﹦100000個時鐘周期，占CPU時間比為100000÷50M=0.20%。假定在一個8位字長的計算機中運行如下類C程序段：unsignedintx=134;unsignedinty=246;intm=x;intn=y;unsignedintz1=x–y;unsignedintz2=x+y;intk1=m–n;intk2=m+n;若編譯器編譯時將8個8位寄存器R1~R8分別分配給變量x、y、m、n、z1、z2、k1和k2。請回答下列問題。（提示：帶符號整數(shù)用補碼表示）（1）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？（用十六進制表示）（2）執(zhí)行上述程序段后，變量m和k1的值分別是多少？（用十進制表示）（3）上述程序段涉及帶符號整數(shù)加/減、無符號整數(shù)加/減運算，這四種運算能否利用同一個加法器及輔助電路實現(xiàn)？簡述理由。（4）計算機內(nèi)部如何判斷帶符號整數(shù)加/減運算的結(jié)果是否發(fā)生溢出？上述程序段中，哪些帶符號整數(shù)運算語句的執(zhí)行結(jié)果會發(fā)生溢出？【答案解析】此題考察的知識點是程序編譯運行時各寄存器的運用與變化。（1）寄存器R1存儲的是134，轉(zhuǎn)換成二進制為10000110B，即86H。寄存器R5存儲的是x－y的內(nèi)容，x－y=-112，轉(zhuǎn)換成二進制為10010000B，即90H。寄存器R6存儲的是x+y的內(nèi)容，x+y=380，轉(zhuǎn)換成二進制為101111100B（前面的進位舍棄），即7CH。由于計算機字長為8位，所以無符號整數(shù)能表示的范圍為0~255。而x+y=380，故溢出。（2）m二進制表示為10000110B，由于m是int型，所以最高位為符號位，所以可以得出m的原碼為：11111010（對10000110除符號位取反加1），即-122。同理n的二進制表示為11110110B，故n的原碼為：10001010，轉(zhuǎn)成十進制為-10。所以k1=-122-（-10）=-112.（3）可以利用同一個加法器及輔助電路實現(xiàn)。因為無符號整數(shù)都是以補碼形式存儲，所以運算規(guī)則都是一樣的。但是有一點需要考慮，由于無符號整數(shù)和有符號整數(shù)的表示范圍是不一樣的，所以需要設(shè)置不一樣的溢出電路。（4）帶符號整數(shù)只有k2會發(fā)生溢出。分析：8位帶符號整數(shù)的補碼取值范圍為：-128~+127，而k2=m+n=-122-10=-132，超出范圍，而k=-112，在范圍-128~+127之內(nèi)。三種方法可以判斷溢出：雙符號位、最高位進位、符號相同操作數(shù)的運算后與原碼操作數(shù)的符號不同則溢出。某計算機存儲器按字節(jié)編址，虛擬（邏輯）地址空間大小為16MB，主存（物理）地址空間大小為1MB，頁面大小為4KB；Cache采用直接映射方式，共8行；主存與Cache之間交換的塊大小為32B。系統(tǒng)運行到某一時刻時，頁表的部分內(nèi)容和Cache的部分內(nèi)容分別如a圖、b圖所示，圖中頁號及標(biāo)記字段的內(nèi)容為十六進制形式。請回答下列問題。（1）虛擬地址共有幾位，哪幾位表示虛頁號？物理地址共有幾位，哪幾位表示頁框號（物理頁號）？（2）使用物理地址訪問Cache時，物理地址應(yīng)劃分成哪幾個字段？要求說明每個字段的位數(shù)及在物理地址中的位置。（3）虛擬地址001C60H所在的頁面是否在主存中？若在主存中，則該虛擬地址對應(yīng)的物理地址是什么？訪問該地址時是否Cache命中？要求說明理由。（4）假定為該機配置一個4路組相聯(lián)的TLB，該TLB共可存放8個頁表，若其當(dāng)前內(nèi)容（十六進制）如題44-c圖所示，則此時虛擬地址024BACH所在的頁面是否在主存中？要求說明理由。圖cTLB的部分內(nèi)容106...104...115...102...0--...12B...0--...132...1020...0--...101D...1105...1064...114D...0--...127A...01234567虛頁號有效位頁框號。。。 01234567虛頁號有效位頁框號。。。 圖a頁表的部分內(nèi)容圖bcache的部分內(nèi)容【答案解析】此題考察的知識點是計算機的地址管理。（1）由于虛擬地址空間大小為16MB，且按字節(jié)編址，所以虛擬地址共有24位（224=16M）。由于頁面大小為4KB（212=4K），所以虛頁號為前12位。由于主存（物理）地址空間大小為1MB，所以物理地址共有20位（220=1M）。由于頁內(nèi)地址12位，所以20-12=8，即前8位為頁框號。（2）由于Cache采用直接映射方式，所以物理地址應(yīng)劃分成3個字段，如下：主存字塊標(biāo)記cache字塊標(biāo)記字塊內(nèi)地址 12位 3位 5位分析：由于塊大小為32B，所以字塊內(nèi)地址占5位。Cache共8行，故字塊標(biāo)記占3位，所以主存字塊標(biāo)記占20-5-3=12位。（3）虛擬地址001C60H的虛頁號為前12位，即001H=1。查表可知，其有效位為1，故在內(nèi)存中。虛頁號為1對應(yīng)頁框號為04H，故物理地址為04C60H。由于采用的是直接映射方式，所以對應(yīng)Cache行號為4。盡管有效位為1，但是由于標(biāo)記位04CH≠064H，故不命中。（4）由于采用了4路組相聯(lián)的，所以Cache被分為2組，每組4行。所以物理地址應(yīng)劃分成