2021年武汉生物工程学院计算机应用技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B(有答案)

2021年武汉生物工程学院计算机应用技术专业《计算机组成原理》科
目期末试卷B（有答案）
一、选择题
1、某机器的主存储器共32KB，由16片16K×l位（内部采用128×128存储阵列）的DRAM芯片字和位同时扩展构成。

若采用集中式刷新方式，且刷新周期为2ms，那么所有存储单元刷新一遍需要（）个存储周期。

A.128
B.256
C.1024
D.16384
2、有如下C语言程序段：
for（k=0；k<1000；k++）
a[k]=a[k]+32；
若数组a及变量k均为int型，int型数据占4B，数据Cache采用直接映射方式、数据区大小为1KB，块大小位16B，该程序段执行前Cache为空，则该程序段执行过程中访问数组a的Cache缺失率约为（）。

A.1.25%
B.2.5%
C.12.5%
D.25%
3、下列关于各种移位的说法中正确的是（）。

I.假设机器数采用反码表示，当机器数为负时，左移时最高数位丢0，结果出错；右移时最低数位丢0，影响精度
Ⅱ在算术移位的情况下，补码左移的前提条件是其原最高有效位与原符号位要相同
Ⅲ.在算术移位的情况下，双符号位的移位操作中只有低符号位需要参加移位操作（）
A. Ⅲ、Ⅱ
B.只有Ⅱ
C.只有Ⅲ
D.全错
4、某字长为8位的计算机中，已知整型变量x、y的机器数分别为
[x]补=11110100，[y] 补=l0110000。

若整型变量z=2x+y/2，则z的机器数为（）。

A.11000000
B.00100100
C.10101010
D.溢出
5、在C语言程序中，以下程序段最终的f值为（）。

Float f=2.5+1e10；f=f-1e10；
A.2.5
B.250
C.0
D.3.5
6、下列关于同步总线的说法中，正确的有（）。

I.同步总线一般按最慢的部件来设置公共时钟
II.同步总线一般不能很长
III.同步总线一般采用应答方式进行通信
IV.通常，CPU内部总线、处理器总线等采用同步总线
A. I，II
B. I，II，IV
C.III，IV
D.II，III，IV
7、总线的通信控制主要解决（）问题。

A.由哪个主设备占用总线
B.通信双方如何获知传输开始和结束
C.通信过程中双方如何协调配合
D.B和C
8、下列关于计算机操作的单位时间的关系中，正确的是（）。

A.时钟周期>指令周期>CPU周期
B.指令周期CPU周期>时钟周期
C.CPU周期>指令周期>时钟周期
D.CPU周期>时钟周期>指令周期
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
C.ALU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、（）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
11、指令寄存器中寄存的是（）
A.下一条要执行的指令
B.已执行完了的指令
C.正在执行的指令
D.要转移的指令
12、某计算机主存空间为4GB，字长为32位，按字节编址，采用32位定长指令字格式。

若指令按字边界对齐存放，则程序计数器（PC）和指令寄存器（IR）的位数至少分别是（）。

A.30，30
B.30，32
C.32，30
D.32，32
13、零地址双操作数指令不需要指出操作数地址，这是因为（）。

A.操作数已在数据缓冲寄存器中
B.操作数隐含在累加器中
C.操作数地址隐含在堆栈指针中
D.利用上一条指令的运算结果进行操作
14、依赖硬件的数据传送方式是（）。

A.程序控制
B.程序中断
C.DMA
D.无
15、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
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、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。

18、数控机床是计算机在_______方面的应用，邮局把信件自动分练是在计算机_______方
面的应用。

19、PCI总线是当前流行的总线。

它是一个高_________且与_________无关的标准总线。

20、形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和_______寻址两种，使用
_______来跟踪。

21、主存储器容量通常以MB表示，其中M=______，B=______硬盘容量通常以GB表示，其中G =______.
22、为了解决多个_______同时竞争总线_______，必须具有_______部件。

23、数组多路通道允许________个设备进行________型操作，数据传送单位是________
24、对存储器的要求是________、________、________为了解决这三个方面的矛盾。

计算机
采用多级存储器体系结构。

25、双端口存储器和多模块交叉存储器属于________存储器结构。

前者采用________技术，后者采用________技术。

三、名词解释题
26、位：
27、WORM：
28、系统指令：
29、总线协议：
四、简答题
30、简要说明CPU与I/0设备之间传递信息可采用哪几种联络方式，他们分别用于什么场合？
31、什么是程序计数器PC？为什么要设置PC寄存器？
32、简要说明通用I/O标准接口SCSI的性能特点。

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、一台8位微机的地址总线为l6条，其RAM存储器容量为32KB，首地址为4000H，且地址是连续的，可用的最高地址是多少？
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C n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、在信号处理和科学的应用中，转置矩阵的行和列是一个很重要的问题。

从局部性的角度来看，它也很有趣，因为它的引用模式既是以行为主的，也是以列为主的，例如，考虑下面的转置函数：
1.Tped ef int array a[2][2]；
2.
3 .void transposel（array dst，array src）
4.{
5. int i，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. }
假设在一台具有如下属性的机器上运行这段代码：
sizeof（int）==4。

src数组从地址0开始，dst数组从地址16开始（十进制）。

只有一个L1数据高速缓存，它是直接映射的、直写、写分配，块大小为8个字节。

这个高速缓存总的大小为16个数据字节，一开始是空的。

对src和dst数组的访问分别是读和写不命中的唯一来源。

问题如下：
1）对每个row和col，指明对src[row][col]和dstfrow][col]的访问是命中（h）还是不命中（m），例如，读src[0][0]会不命中，写dst[0][0]也不命中，并将结果填至下列表格中。

2）对于一个大小为32数据字节的高速缓存，指明src和dst的访问命中情况，并将结果填至下列表格中。

38、假设指令流水线分取指（FI）、译码（ID）、执行（EX）、回写（WR）4个
过程段，共有10条指令连续输入此流水线。

1）画出指令周期流程。

2）画出非流水线时空图。

3）画出流水线时空图。

4）假设时钟周期为100ns，求流水线的实际吞吐率。

5）求该流水处理器的加速比。

39、设某机器共能完成120种操作，CPU共有8个通用寄存器，且寄存器都为12位。

主存容量为16K字（机器采用按字寻址），采用寄存器-存储器型指令。

1）欲使指令可直接访问主存的任意地址，指令字长应取多少位？
2）若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X，且X=0表示某个寄存器作为基
址寄存器，试画出指令格式。

试问采用基址寻址可否访问主存的任意单元？为什么？如不能，提出一种方案，使得指令可访问主存的任意位置。

3）若存储字长等于指令字长，且主存容量扩大到64K字，在不改变硬件结构的前提下，可采用什么方法使得指令可访问存储器的任意位置。

参考答案
一、选择题
1、A
2、C
3、D
4、A
5、C
6、B
7、D
8、B
9、D
10、A
11、C，
12、B
13、C
14、C
15、B
二、填空题
16、cache 主存
17、存取时间存储周期存储器带宽
18、自动控制人工智能
19、带宽处理器
20、跳跃程序计数器
21、220 8位（1个字节） 230
22、主设备控制权总线仲裁
23、1（单）传输数据块
24、容量大速度快成本低
25、并行空间并行时间并行
三、名词解释题
26、位：
计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。

27、WORM：
写一次读多次型光盘，可由用户一次性写入信息，写入后可以反复读取。

28、系统指令：
改变计算机系统的工作状态的指令.
29、总线协议：
总线通信同步方式规则，规定实现总线数据传输的定时规则。

四、简答题
30、答：CPU与I/0之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、同步、异步。

适用场合分别为：直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/0设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。

同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/0速度差不大，近距离传送的场合。

异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/0速度差较大、远距离传送的场合。

31、答：pc通常是一个存放指令地址的寄存器，它通常具有计数功能：在计算机中，程
序中大多数指令是按执行的顺序存放在存储器中的，下一条指令的地址，就是上一条指令
的地址加该指令的长度。

所以设置pc可以简化指令地址的形成；
32、答：（1）SCSI接口总线有8条数据线、1条奇偶校验线、9条控制线组成。

使用
50芯电缆，规定了两种电气条件：单端驱动和差分驱动。

（2）总线时钟频率高。

（3）SCSI接口总线以菊花链形式最多可接8台设备。

（4）每个SCSI设备有自己唯一的设备
号ID=0-7。

ID=7的设备有最高优先权，ID=0的设备优先权最低。

采用分布式总线仲裁
策略。

（5）SCSI设备是指连接在SCSI总线上的智能设备，即除主适配器HBA外，其他SCSI设备实际是外设的适配器或控制器。

（6）SCSI设备是智能设备，对SCSI总线以至
主机屏蔽了实际外设的固有物理属性，设备间可用一套标准命令进行数据传送。

（7）SCSI设备间是一种对等关系，而不是主从关系。

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：32KB存储空间共占用15条地址线，若32KB的存储地址起始单元为0000H，其范围应为0000H~7FFFH，但现在的首地址为4000H，即首地址后移了，因此最高地址也应该相应后移，故最高地址=4000H+7FFFH=BFFFH。

归纳总结：32KB的存储空间是连续的，由于首地址发生变化，因此术地址也会跟
着发生变化。

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C n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）解决这个问题的关键是想象出如图所示的关系图。

注意：每个高速缓存行只包含数组的一个行，高速缓存正好只够保存一个数组，而且对王所有isrc和dst的行i都映射到同一个高速缓存行（0%2=0，1%2=1，2%2=0，3%2=1）。

因为高速缓存不够太，不足以容纳这两个数组，所以对一个数组的引用总是驱逐出另一个数组的有用的行。

具体过程如下：
dst[j] [i]=src[i] [j]语包先访问 src[i][i]再将其存储到dst[j] [i]
说明如下：
①访问src[0][0]，不命中，将src[0]调入高速缓存的Line0。

②访问dst[0][0]，不命中，将dst[0]调入高速缓存的Line0，换出src[0]。

③访问src[0][1]，不命中，将src[0]调入高速缓存的Line0，换出dst[0]。

④……
2）当高速缓存为32B时，它足够大，能容纳这两个数组。

因此所有不命中都是开始时的不命中。

关系如图所示。

38、解析：
1）指令周期包括FI、ID、EX和WR这4个子过程，则指令周期流程如图a所示。

2）非流水线时空图如图b所示。

假设一个时间单位为一个时钟周期，则每隔4个时钟周期才有一个输出结果。

3）流水线时空图如图c所示。

由图c可见，第一条指令出结果需要4个时钟周期。

当流水线满载时，以后每一个时钟周期可以出一个结果，即执行完一条指令。

4）由图c所示的10条指令进入流水线的时空图可见，在13个时钟周期结束时，CPU执行完10条指令，故实际吞吐率为10条指令/（100ns×13）=0.77×107条指
令/s。

5）在流水处理器中，当任务饱满时，指令不断输入流水线，不论是几级流水线，
每隔个时钟周期都输出一个结果。

对于本题4级流水线而言，处理10条指令所需的
时钟周期数=4+（10-1）=13，而非流水线处理10条指令需4×10=40个时钟周期，所以该流水处理器的加速比为40/13=3.08
39、解析：
1）首先，操作码可以确定为7位；8个通用寄存器需要3位来表示；访问16K字的主存也需要14位，故指令字长需要7+3+14=24位，指令格式如下：
2）由于增加了一位寻址特征位，且基址寄存器使用了通用寄存器，因此除了加一位寻址方式X，还得空一个字段（基址寄存器编号R1）来表示使用哪一个通用寄存器作为基址寄存器，故指令格式为
另外，由于覆盖主存的16K字需要14位的地址，而寄存器只有12位，因此采用基址寻址不可以访问主存的任意单元，但可以将通用寄存器的内容向左移动两位，低位补0，这样就可以形成14位的基地址，然后与形式地址相加，得到的有效地址就可以访问16K字存储器的任意单元。

3）首先，由于不能改变硬件结构，因此把寄存器的位数加长是不可行的。

其次，因为指令字长为24位，而存储字长等于指令字长，所以恰好使用一次间接寻址就能达到16M字的寻址范围，完全可以满足题目所要求的寻址范围，而且还超额完成任务。