2022年山西应用科技学院计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B(有答案)

2022年山西应用科技学院计算机科学与技术专业《计算机组成原理》
科目期末试卷B（有答案）
一、选择题
1、访问相联存储器时，（）
A.根据内容，不需要地址
B.不根据内容，只需要地址
C.既要内容，又要地址
D.不要内容也不要地址
2、容量为64块的Cache采用组相联映射方式，字块大小为128个字，每4块为一组。

如果主存为4K块，且按字编址，那么主存地址和主存标记的位数分别为（）。

A.16，6
B.17，6
C.18，8 D .19，8
3、当满足下列（）时，x>-1/2成立。

A.x1必须为l，x2~x4至少有一个为1
B.x1必须为1，x2~x4任意
C.x1必须为0，x2~x4至少有一个为1
D.x1必须为0，X2~x4任意
4、信息序列16位，若想构成能纠正一位错、发现两位错的海明码，至少需要加（）位校验位。

A.4
B.5
C.6
D.7
5、在原码两位乘中，符号位单独处理，参加操作的数是（）。

A.原码
B.绝对值的补码
C.补码
D.绝对值
6、关于总线的叙述，下列说法正确的是（）。

I.总线忙信号由总线控制器建立
II.计数器定时查询方式不需要总线同意信号
III.链式查询、计数器查询、独立请求方式所需控制线路由少到多排序是：链式查询、独立请求方式、计数器查询
A.仅I、III
B.仅II，III
C.仅III
D.仅II
7、在链式查询方式下，若有N个设备，则（）。

A.只需一条总线请求线
B.需要N条总线请求线
C.视情况而定，可能一条，也可能N条
D.以上说法都不对
8、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
9、下列部件中，CPU存取速度由慢到快的排列顺序正确的是（）。

A.外存、主存、Cache、寄存器
B.外存、主存、寄存器、Cache
C.外存、Cache、寄存器、主存
D.主存、Cache、寄存器、外存
10、在统一编址的方式下，存储单元和I/O设备是靠（）米区分的。

A.不同的地址码
B.不同的地址线
C.不同的指令
D.不同的数据线
11、CRT的分辨率为1024×512像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为（）
A.256MB
B.IMB
C.512KB
D.2MB
12、在取指操作结束后，程序计数器中存放的是（）。

A.当前指令的地址
B.程序中指令的数量
C.下一条指令的地址
D.已经执行指令的计数值
13、在微程序控制器中，微程序的入口微地址是通过（）得到的。

A.程序计数器PC
B.前条微指令
C.PC+1
D.指令操作码映射
14、某指令系统指令字长为8位，每一地址码长3位，用扩展操作码技术。

若指令系统
具有两条二地址指令、10条零地址指令，则最多有（）条一地址指令。

A.20
B.14
C.10
D.6
15、下列关于一地址指令的说法正确的是（）。

A.只有一个操作数
B.一定有两个操作数，其中一个是隐含的，完成功能（A）OP（ACC）
C.如果有两个操作数，则两个操作数相同，完成功能（A）OP（A）
D.可能有两个操作数，也可能只有一个操作数
二、填空题
16、指令寻址的基本方式有两种，______方式和______方式。

17、微程序设计技术是利用________方法设计________的一门技术。

18、存储器的技术指标有存储容量、存取时间、________和________、
19、字节多路通道可允许多个设备进行_______型操作，数据传送单位是_______
20、指令字长度有______、______、______三种形式。

21、直接内存访问（DM）方式中，DM控制器从CPU完全接管对_______的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和_______之间进行。

22、不同的CRT显示标准所支持的最大________和________数目是不同的。

23、CPU能直接访问_______和_______，但不能直接访问磁盘和光盘。

24、闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，因此作为_______用于便携式电脑中。

25、按IEEE754标准，一个浮点数的阶码E的值等于指数的_________加上一个固定的_________
三、名词解释题
26、应用软件：
27、指令仿真：
28、中断向量方式：
29、快闪存储器：
四、简答题
30、对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在什么地方？举例说明。

31、在DMA方式预处理（初始化）阶段，CPU通过程序送出哪些信息？
32、说明存取周期和存取时间的区别。

33、在定点机和浮点机中分别如何判断溢出？
五、计算题
34、某计算机采用5级指令流水线，如果每级执行时间是2ns，求理想情况下该流水线的加速比和吞吐率。

35、设存储字长和指令字长均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、一一次间接寻址、多次间接寻址、变址、基址、相对和立即这7种寻址方式，则可在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占几位？寻址特征位占几位？可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的范围是多少？多次间接寻址的范围又是多少？
36、设主存容量为lMB，Cache容量为l6KB，每字块有16个字，每字32位，且按字节编址。

1）若Cache采用直接映射，试求主存地址字段中各段的位数。

2）若Cache采用4路组相联映射，试求主存地址字段中各段的位数。

六、综合题
37、某程序中有如下循环代码段p：“for（int i= 0；i < N；i++）
sum+=A[i]；”。

假设编译时变量sum和i分别分配在寄存器R1和R2中。

常量N在寄存器R6中，数组A的首地址在寄存器R3中。

程序段P起始地址为0804 8100H，对应的汇编代码和机器代码见下表。

执行上述代码的计算机M采用32位定长指令字，其中分支指令bne采用如下格式：
OP为操作码：Rs和Rd为寄存器编号：OFFSET为偏移量，用补码表示。

请回答下列问题，并说明理由。

1）M的存储器编址单位是什么？
2）已知sll指令实现左移功能，数组A中每个元素占多少位？
3）表中bne指令的OFFSET字段的值是多少？已知bne指令采用相对寻址方式，当前，PC内容为bne指令地址，通过分析题表中指令地址和bne指令内容，推断出bne指令的转移目标地址计算公式。

4）若M采用如下“按序发射、按序完成”的5级指令流水线：IF（取指）、ID （译码及取数）、EXE（执行）、MEM（访存）、WB（写回寄存器），且硬件不采取任何转发措施，分支指令的执行均引起3个时钟周期的阻塞，则P中哪些指令的执行会由于数据相关而发生流水线阻塞？哪条指令的执行会发生控制冒险？为什么指令1的执行不会因为与指令5的数据相关而发生阻塞？
38、某计算机采用页式虚拟存储管理方式，按字节编址，虚拟地址为32位，物理
地址为24位，页大小为8KB:TLB采用全相联映射；Cache数据区大小为64KB，按2路组相联方式组织，主存块大小为64B。

存储访问过程的示意图如图所示。

请回答下列问题。

1）图中字段A~G的位数各是多少？TLB标记字段B中存放的是什么信息？
2）将块号为4099的主存块装入到Cache中时，所映射的Cache组号是多少？对应的H字段内容是什么？
3）Cache缺失处理的时间开销大还是缺页处理的时间开销大？为什么？
4）为什么Cache 可以采用直写（Write Through）策略，而修改页面内容时总是采用回写（Write Back）策略？
39、某指令系统字长12位，地址码取3位，试提出一种方案，使该系统有4条三地址指令、8条二地址指令、150条一地址指令。

列出操作码的扩展形式并计算操作码的平均长度。

参考答案
一、选择题
1、A
2、D
3、A
4、C
5、B
6、D
7、A
8、D
9、A
10、A
11、C
12、C
13、D
14、B
15、D
二、填空题
16、字向位向
17、软件操作控制器
18、存储周期存储器带宽
19、传输字节
20、单字长半字长双字长
21、总线 I/O设备（或输入输出设备）
22、分辨率颜色
23、cache 主存
24、瞬时启动固态盘
25、真值偏移量
三、名词解释题
26、应用软件：
完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。

27、指令仿真：
通过改变微程序实现不同机器指令系统的方式，使得在一种计算机上可以运行另一种计算机上的指令代码。

28、中断向量方式：
是指发生中断请求的外围设备通过输入输出总线主动向CPU发出一个识别代码，CPU根据这个代码就可以识别出请求中断的外围设备的中断方式。

29、快闪存储器：
一种非挥发性存储器，与EEPROM类似，能够用电子的方法擦除其中的内容。

四、简答题
30、答：对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在寄存器内、指令中或内存单元内等。

31、答：向DMA控制器及I/0接口（分离模式或集成模式均可）分别送出如下信息：A、测试设备状态，预置DMA控制器工作方式；B、主存缓冲区首址，交换量，传送方向；C、设备寻址信息，启动读/写。

32、答：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。

即：存取周期=存取时间+恢复
时间
33、解析：
（1）定点机
定点机中可分别采用单符号位和双符号位判断补码加/减运算是否溢出，其中单符号位又
分为两种方法：
1）若参加运算的两个操作数符号相同，结果的符号位又与操作数的符号不同，则为溢出。

2）若求和时最高进位与次高位进位“异或”结果为1，则为溢出。

双符号位判别方法：
当最后的运算结果两位符号位为10或者01时，溢出，10表示负溢出，01表示正溢出。

（2）浮点机
浮点机中的溢出根据阶码来判断。

当阶码大于最大正阶码时，即为浮点数溢出：当阶码小
于最小负阶码时，按机器零处理。

五、计算题
34、44.解析：流水线的加速比指采用流水线技术时指令的执行速度与等效的不采
用流水线技术的指令执行速度之比，理想情况加速比等于流水线的级数。

吞吐率指每秒钟能处理的指令数量。

本题中计算机采用5级指令流水线，所以理想情况下加
速比等于5。

现在每完成一条指令的时间是2ns，则最大吞吐率等于1/2ns=5×108。

35、解析：
1）由于此指令系统可完成108种操作，因此指令字中的操作码占7位（27=128）。

2）由于指令系统中有7种寻址方式，因此寻址特征位占3位。

3）由于地址码的位数为24-7-3=14位，因此直接寻址的范围为214。

4）由于存储字长为24位，因此一次间接寻址的范围为224。

5）由于多次间接寻址需要使用一位来标志是否间接寻址完毕，因此只有23位用做寻址，寻址范围为223。

36、解析：
1）若Cache采用直接映射。

由于每个字块含有16个字（64B），且按字节编址，因此字块内的位数（块内地址位数）为6位。

另外，由于Cache中含有256个块（16KB/16×4B），因此字块地址位数为8位。

主存容量1MB，说明总位数为20位，因此主存字块标记位数为20-6-8=6位。

主存的地址格式如下：
2）若Cache采用4路组相联映射。

同理，块内地址位数为6位。

由于采用4路
组相联映射，即每组4块，因此一共有64组，即组号需要6位。

很容易得到主存
字块标记位数为20-6-6=8位。

主存的地址格式如下：
六、综合题
37、解答：该题为计算机组成原理科目的综合题型，涉及指令系统、存储管理以及CPU三个部分内容，考生应注意各章节内容之间的联系，才能更好的把握当前考试的趋势。

1）已知计算机M采用32位定长指令字，即一条指令占4B，观察表中各指令的地址可知，每条指令的地址差为4个地址单位，即4个地址单位代表4B，一个地址单位就代表了1B，所以该计算机是按字节编址的。

2）在二进制中某数左移两位相当于以乘四，由该条件可知，数组间的数据间隔为4个地址单位，而计算机按字节编址，所以数组A中每个元素占4B。

3）由表可知，bne指令的机器代码为1446FFFAH，根据题目给出的指令格式，后2B的内容为OFFSET字段，所以该指令的OFFSET字段为FFFAH，用补码表示，值为-6.当系统执行到bne指令时，PC自动加4，PC的内容就为08048118H，而跳转的目标是08048100H，两者相差了18H，即24个单位的地址间隔，所以偏移址的一位即是真实跳转地址的-24/（-6）=4位。

可知bne指令的转移目标地址计算公式为（PC）+4+OFFSET*4。

4）由于数据相关而发生阻塞的指令为第2、3、4、6条，因为第2、3、4、6条指令都与各自前一条指令发生数据相关。

第6条指令会发生控制冒险。

当前循环的第五条指令与下次循环的第一条指令虽然有数据相关，但由于第6条指令后有3个时钟周期的阻塞，因而消除了该数据相关。

38、解析：
1）页大小为8KB，页内偏移地址为13位，故A=B=32-l3=19；D=13；C=24-13=l1：主存块大小为64B，故G=6。

2路组相联，每组数据区容量有
64B×2=128B，共有64KB/128B=512组，故F=9：E=24-G-F=24-6-9=9。

因而A=19，B=19，C=11，D=l3，E=9，F=9，G=6。

TLB中标记字段B的内容是虚页号，表示该TLB项对应哪个虚页的页表项。

2）块号4099=000001000000000011B，因此所映射的Cache组号是000000011B=3，对应的H字段内容为000001000B。

3）Cache缺失带来的开销小，而处理缺页的开销大。

因为缺页处理需要访问磁盘，而Cache缺失只访问主存。

4）因为采用直写策略时需要同时写快速存储器和慢速存储器，而写磁盘比写主存
慢得多，所以，在Cache——主存层次，Cache可以采用直写策略，而在主存——外存（磁盘）层次，修改页面内容时总是采用写回策略。

39、解析：
以上答案不唯一，只要满足不包含就行，即没有前缀码。

这个和数据结构中的赫夫曼树的编码是很类似的。

操作码的平均长度=（3×4+6×8+9×150）/162=8.7。