2022年南京信息工程大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2022年南京信息工程大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、關(guān)于Cache的3種基本映射方式，下面敘述中錯誤的是（）。A.Cache的地址映射有全相聯(lián)、直接和多路組相聯(lián)3種基本映射方式B.全相聯(lián)映射方式，即主存單元與Cache單元隨意對應(yīng)，線路過于復(fù)雜，成本太高C.多路組相聯(lián)映射是全相聯(lián)映射和直接映射的一種折中方案，有利于提高命中率D.直接映射是全相聯(lián)映射和組相聯(lián)映射的一種折中方案，有利于提高命中率2、容量為64塊的Cache采用組相聯(lián)映射方式，字塊大小為128個字，每4塊為一組。如果主存為4K塊，且按字編址，那么主存地址和主存標記的位數(shù)分別為（）。A.16，6B.17，6C.18，8D.19，83、假設(shè)機器字長為16位，用定點補碼小數(shù)表示時，一個字所能表示的范圍是（）。A.0~（1-2-15）B.-（1-2-15）~（1-2-15）C.-1~1D.-1~（1-2-15）4、假設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中傳送采用偶校驗碼，當收到的數(shù)據(jù)位為10101010時，則可以得出結(jié)論（）A.傳送過程中未出錯B.出現(xiàn)偶數(shù)位錯C.出現(xiàn)奇數(shù)位錯D.未出錯或出現(xiàn)偶數(shù)位錯5、當定點運算發(fā)生溢出時，應(yīng)（）。A.向左規(guī)格化B.向右規(guī)格化C.舍入處理D.發(fā)出出錯信息6、在集中式總線控制中，響應(yīng)時間最快的是（）。A.鏈式查詢B.計數(shù)器定時查詢C.獨立請求D.分組鏈式查詢7、總線按連接部件不同可分為（）。A.片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通信總線B.數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線C.主存總線I/O總線、DMA總線D.ISA總線、VESA總線、PCI總線8、計算機硬件能夠直接執(zhí)行的是（）。1.機器語言程序IⅡ.匯編語言程序Ⅲ.硬件描述語言程序入A.僅IB.僅I、ⅡC.僅I、ⅢD.I、Ⅱ、Ⅲ9、下列關(guān)于配備32位微處理器的計算機的說法中，正確的是（）。該機器的通用寄存器一般為32位Ⅱ.該機器的地址總線寬度為32位Ⅲ.該機器能支持64位操作系統(tǒng)IV.一般來說，64位微處理器的性能比32位微處理器的高A.I、ⅡB.I、ⅢC.I、ⅣD.I、IⅡ、Ⅳ10、禁止中斷的功能可以由（）來完成。A.中斷觸發(fā)器B.中斷允許觸發(fā)器C.中斷屏蔽觸發(fā)器D.中斷禁止觸發(fā)器11、在中斷周期，CPU主要完成以下工作（）。A.關(guān)中斷，保護斷點，發(fā)中斷響應(yīng)信號并形成中斷服務(wù)程序入口地址B.開中斷，保護斷點，發(fā)中斷響應(yīng)信號并形成中斷服務(wù)程序入口地址C.關(guān)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序D.開中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序12、計算機執(zhí)行乘法指令時，由于其操作復(fù)雜，需要更多的時間，通常采用（）控制方式。A.異步控制B.延長機器周期內(nèi)的節(jié)拍數(shù)C.中央控制與局部控制相結(jié)合D.同步控制與異步控制相結(jié)合13、某計算機主存地址空間大小為256MB，按字節(jié)編址。虛擬地址空間大小為4GB，采用頁式存儲管理，頁面大小為4KB，TLB（快表）采用全相聯(lián)映射，有4個頁表項，內(nèi)容見下圖對虛擬地址03FFF180H進行虛實地址變換的結(jié)果是（）。A.0153180HB.0035180HC.TLB缺失D.缺頁14、某機器采用16位單字長指令，采用定長操作碼，地址碼為5位，現(xiàn)已定義60條地址指令，那么單地址指令最多有（）條。A.4B.32C.128D.25615、四地址指令OPA1A2A3A4的功能為（A1）OP（A2）一A3，且A4給出下一條指令地址，假設(shè)A1，A2，A3，A4都為主存儲器地址，則完成上述指令需要訪存（）次。A.2B.3C.4D.5二、填空題16、RISC的中文含義是______，CISC的中文含義是______17、RISC的中文含義是________，CISC的中文含義是________。18、多媒體CPU是帶有________技術(shù)的處理器。它是一種________技術(shù)，特別適合于圖像數(shù)據(jù)處理。19、多個用戶共享主存時，系統(tǒng)應(yīng)提供_______。通常采用的方法是_______保護和_______保護，并用硬件來實現(xiàn)。20、計算機軟件一般分為兩大類：一類叫______，另一類叫______操作系統(tǒng)屬于______類21、數(shù)控機床是計算機在_______方面的應(yīng)用，郵局把信件自動分練是在計算機_______方面的應(yīng)用。22、數(shù)組多路通道允許________個設(shè)備進行________型操作，數(shù)據(jù)傳送單位是________23、計算機的_______是計算機_______結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是計算機不同于一般電子設(shè)備的本質(zhì)所在。24、當今的CPU芯片除了包括定點運算器和控制器外，還包括_______、_______運算器和_______管理等部件。25、相聯(lián)存儲器是按_________訪問的存儲器，在cache中用來存放_________，在虛擬存儲器中用來存放_________.三、名詞解釋題26、外圍設(shè)備：27、機器周期：28、觸摸屏：29、無條件轉(zhuǎn)移：四、簡答題30、什么是指令周期？什么是機器周期？什么是時鐘周期？三者之間的關(guān)系如何？31、什么是指令格式？計算機指令為什么要有一定的格式？32、寫出浮點數(shù)補碼規(guī)格化形式。當尾數(shù)出現(xiàn)什么形式時需要規(guī)格化？如何規(guī)格化？33、簡要說明程序中斷接口中IM、IR、EI、RD、BS五個觸發(fā)器的作用。五、計算題34、設(shè)某機主存容量為16MB，Cache的容量為8KB，且按字節(jié)編址。每字塊8個字，每字32位。設(shè)計一個4路組相聯(lián)映射的Cache組織。1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。2）設(shè)Cache初態(tài)為空，CPU依次從主存0，1，2，…，99號單元中讀出100個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)此次序10次，問命中率是多少？3）若Cache速度是主存速度的5倍，試問有Cache和無Cache相比，速度提高多少倍？4）系統(tǒng)的效率是多少？35、一個16K×16位的存儲器，有l(wèi)K×4位的DRAM芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64×64構(gòu)成，試問：1）采用異步刷新方式，如果最大刷新間隔為2ms，則相鄰兩行之間的刷新間隔是多少？2）如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用多少個存儲周期？設(shè)存儲器的存儲周期為0.5us，“死區(qū)”占多少時間？“死時間率”為多少（刷新周期為2ms）？36、假設(shè)硬盤傳輸數(shù)據(jù)以32位的字為單位，傳輸速率為1MB/s.CPU的時鐘頻率為50MHz。1）采用程序查詢的輸入/輸出方式，假設(shè)查詢操作需要100個時鐘周期，求CPU為I/O查詢所花費的時間比率，假定進行足夠的查詢以避免數(shù)據(jù)丟失。2）采用中斷方式進行控制，每次傳輸?shù)拈_銷（包括中斷處理）為100個時鐘周期。求CPU為傳輸硬盤數(shù)據(jù)花費的時間比率。3）采用DMA控制器進行輸入/輸出操作，假定DMA的啟動操作需要1000個時鐘周期，DMA完成時處理中斷需要500個時鐘周期。如果平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度為4KB，問在硬盤工作時處理器將用多少時間比率進行輸入/輸出操作，忽略DMA申請使用總線的影響。六、綜合題37、在一個8級中斷系統(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。1）應(yīng)如何設(shè)置屏蔽碼？2）如果CPU在執(zhí)行一個應(yīng)用程序時有5、6、7級3個中斷請求同時到達，中斷請求8在6沒有處理完以前到達，在處理8時中斷請求2又到達CPU，試畫出CPU響應(yīng)這些中斷的順序示意圖。38、在信號處理和科學(xué)的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)置矩陣的行和列是一個很重要的問題。從局部性的角度來看，它也很有趣，因為它的引用模式既是以行為主的，也是以列為主的，例如，考慮下面的轉(zhuǎn)置函數(shù)：1.Tpedefintarraya[2][2]；2.3.voidtransposel（arraydst，arraysrc）4.{5.inti，j；6.for（i=0；i<2；1++）{7.for（j=0；j<2；j++）{8.dst[j][i]=src[i][j]；9.}10.}11.}假設(shè)在一臺具有如下屬性的機器上運行這段代碼：sizeof（int）==4。src數(shù)組從地址0開始，dst數(shù)組從地址16開始（十進制）。只有一個L1數(shù)據(jù)高速緩存，它是直接映射的、直寫、寫分配，塊大小為8個字節(jié)。這個高速緩存總的大小為16個數(shù)據(jù)字節(jié)，一開始是空的。對src和dst數(shù)組的訪問分別是讀和寫不命中的唯一來源。問題如下：1）對每個row和col，指明對src[row][col]和dstfrow][col]的訪問是命中（h）還是不命中（m），例如，讀src[0][0]會不命中，寫dst[0][0]也不命中，并將結(jié)果填至下列表格中。2）對于一個大小為32數(shù)據(jù)字節(jié)的高速緩存，指明src和dst的訪問命中情況，并將結(jié)果填至下列表格中。39、某計算機采用16位定長指令字格式，其CPU中有一個標志寄存器，其中包含進位/借位標志CF、零標志ZF和符號標志NF。假定為該機設(shè)計了條件轉(zhuǎn)移指令，其格式如圖所示。其中，00000為操作碼OP；C、Z和N分別為CF、ZF和NF的對應(yīng)檢測位，某檢測位為l時表示需檢測對應(yīng)標志，需檢測的標志位中只要有一個為1就轉(zhuǎn)移，否則不轉(zhuǎn)移，例如，若C=l，Z=0，N=1，則需檢測CF和NF的值，當CF=l或NF=1時發(fā)生轉(zhuǎn)移；OFFSET是相對偏移量，用補碼表示。轉(zhuǎn)移執(zhí)行時，轉(zhuǎn)移目標地址為（PC）+2+2×OFFSET；順序執(zhí)行時，下條指令地址為（PC）+2。請回答下列問題。1）該計算機存儲器按字節(jié)編址還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向后（反向）最多可跳轉(zhuǎn)多少條指令？2）某條件轉(zhuǎn)移指令的地址為200CH，指令內(nèi)容如圖所示，若該指令執(zhí)行時CF=0，ZF=0，NF=1，則該指令執(zhí)行后PC的值是多少？若該指令執(zhí)行時CF=1，ZF=0，NF=0，則該指令執(zhí)行后PC的值又是多少？請給出計算過程。3）實現(xiàn)“無符號數(shù)比較小于等于時轉(zhuǎn)移”功能的指令中，C、Z和N應(yīng)各是什么？4）下圖是該指令對應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出圖中部件①~③的名稱或功能說明

參考答案一、選擇題1、D2、D3、D4、D5、D6、C7、A8、A9、C10、B11、A12、C13、A14、A15、C二、填空題16、精簡指令系統(tǒng)計算機復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機17、精簡指令系統(tǒng)計算機復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機18、MMX多媒體擴展結(jié)構(gòu)19、存儲保護存儲區(qū)域訪問方式20、系統(tǒng)程序應(yīng)用程序系統(tǒng)程序21、自動控制人工智能22、1（單）傳輸數(shù)據(jù)塊23、軟件系統(tǒng)24、cache浮點存儲25、內(nèi)容行地址表段表、頁表和快表三、名詞解釋題26、外圍設(shè)備：計算機的輸入輸出設(shè)備，包括輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和外存儲設(shè)備。27、機器周期：指令執(zhí)行中每一步操作所需的時間。28、觸摸屏：一種具有觸摸式輸入功能的顯示屏或者附加顯示屏上的輸入設(shè)備，用于輸入屏幕位置信息，通常與屏幕菜單配合使用。29、無條件轉(zhuǎn)移：一種轉(zhuǎn)移指令類型，不管狀態(tài)如何，一律進行轉(zhuǎn)移操作。四、簡答題30、答：指令周期是完成一條指令所需的時間。包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令所需的全部時間。機器周期也稱為CPU周期，是指被確定為指令執(zhí)行過程中的歸一化基準時間，通常等于取指時間（或訪存時間）。時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是處理操作的最基本單位。一個指令周期由若干個機器周期組成，每個機器周期又由若干個時鐘周期組成。31、答：對計算機指令的編碼的格式稱為指令格式；以便計算機能區(qū)分指令和數(shù)據(jù)；32、解析：設(shè)浮點數(shù)尾數(shù)采用雙符號位，當尾數(shù)呈現(xiàn)00.1×××…×或者11.0×××…×時，即為補碼規(guī)格化形式。當尾數(shù)出現(xiàn)01.×××…×或10.××x…×時，需要右規(guī)一次，即尾數(shù)右移一位，階碼加1。當尾數(shù)出現(xiàn)00.0×××…×或11.1××x…x時，需要左規(guī)N次（N不定），尾數(shù)每左移一位，階碼減1，直到尾數(shù)呈現(xiàn)規(guī)格化形式為止。33、答：它們的作用是：中斷屏蔽觸發(fā)器（IM）：CPU是否受理中斷或批準中斷的標志。IM標志為“0”時，CPU可受理外界中斷請求。中斷請求觸發(fā)器（IR）：暫存中斷請求線上由設(shè)備發(fā)出的中斷請求信號。IR標志為“1”時表示設(shè)備發(fā)出了中斷請求。允許中斷觸發(fā)器（EI）：用程序指令來置位，控制是否允許某設(shè)備發(fā)出中斷請求。EI為“1”時，某設(shè)備可以向CPU發(fā)出中斷請求。準備就緒的標志（RD）：一旦設(shè)備做好一次數(shù)據(jù)的接受或發(fā)送，便發(fā)出一個設(shè)備動作完畢信號，使RD標志為“1”。工作觸發(fā)器：（BS）：設(shè)備“忙”的標志，表示設(shè)備正在工作。五、計算題34、解析：1）主存地址字段如圖所示。2）由于Cache初態(tài)為空，因此CPU讀0號單元時不命中，必須訪存，同時將該字所在的主存塊調(diào)入Cache（調(diào)入內(nèi)存一定是一整塊調(diào)入，而一塊包括8個單元），接著CPU讀1~7號單元均命中。同理，CPU讀8，16，…，96號單元均不命中?？梢?，CPU在連續(xù)讀100個字中共有13次未命中，而后9次循環(huán)讀100個字全部命中，命中率為100×10-13100×103）設(shè)主存存儲周期為5t，Cache的存儲周期為t，沒有Cache的訪問時間是5t×l000，有Cache存儲周期為t×（1000-13）+5t×13，則有Cache和無Cache相比，速度提高的倍數(shù)為5t×10004）系統(tǒng)的效率為t35、解析：不論采用何種刷新方式，刷新都是從單個芯片的存儲容量著手。1）采用異步刷新方式，在2ms時間內(nèi)把芯片的64行刷新一遍，相鄰兩行之間的刷新間隔=2ms/64=31.25μs，可取的刷新間隔為31μs。2）如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用64個存儲周期，因為存儲器的存儲周期為0.5μs，則“死區(qū)”=0.5μs×64=32μs，“死時間率”=32μs/2000μs×100%=l.6%。36、解析：1）假設(shè)采用程序查詢方式，則可算出硬盤每秒進行查詢的次數(shù)為：1MB/4B=250K次，而查詢250K次需要的時鐘周期數(shù)為250K×100=25000K，則可算出CPU為1/0查詢所花費的時間比率為25000×10002）假設(shè)采用中斷方法進行控制，每傳送一個字需要的時間為4B1MB/s=4μs的開銷為100個時鐘周期，還得先計算出時鐘周期，即150MHz=0.02s。所以，每次傳輸?shù)?0MHz開銷為2μs，故CPU為傳輸硬盤數(shù)據(jù)花費的時間比率為3）：可算得每秒傳輸次數(shù)1MB/4KB=250次，所以CPU為傳輸硬盤數(shù)據(jù)花費的時間比率為1000+500六、綜合題37、解析：1）中斷屏蔽碼見表2）中斷處理示意圖如圖所示。5、6、7級中斷請求同時到達，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)先順序先進入中斷服務(wù)程序④。由于中斷請求的處理優(yōu)先級，高于中斷④，因此中斷⑤被打斷，進入中斷服務(wù)程序③。當處理中斷③的過程中又有一個中斷請求②到達，由于②的優(yōu)先級低于中斷8，因此中斷服務(wù)程序③可繼續(xù)執(zhí)行。中斷8執(zhí)行完后問到被打斷的中斷⑤，但中斷③又被中斷請求②打斷，而進入中斷服務(wù)程序②。中斷②執(zhí)行完后才回到中斷⑤，中斷⑤執(zhí)行完后回到現(xiàn)行程序，再按響應(yīng)優(yōu)先順序進入中斷服務(wù)程序=7\*GB3⑦。中斷=7\*GB3⑦執(zhí)行完后回到現(xiàn)行程序，整個中斷處理完畢。38、解析：1）解決這個問題的關(guān)鍵是想象出如圖所示的關(guān)系圖。注意：每個高速緩存行只包含數(shù)組的一個行，高速緩存正好只夠保存一個數(shù)組，而且對王所有isrc和dst的行i都映射到同一個高速緩存行（0