2012年秋季厦门大学计算机组成原理期末试题

一、（12分）设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数
x,其存储格式如下：
其中S为符号位(1位)，E为阶码(8位)，M为尾数部分(23位)：
X的真值计算公式为：x = (-1)S×(1.M)×2E-128
(1)计算存储为41360000H（H表示16进制数）的浮点数的十进制数值
(2)计算十进制小数-27/64 的上述标准的规格化32位二进制表示
二、（15分）已知二进制数x = 1011 y =-1111
(1)采用双符号位的变形补码表示x和y
(2)通过(1)中的变形补码计算x+y和x–y，并判断是否溢出
(3)用带求补器的补码阵列乘法器计算x*y，并通过十进制进行验证
三、（8分）某微机指令格式如下所示：
格式中D 为位移量，X为寻址方式特征值：
X=00, 直接寻址
X=01, 用变址寄存器R1进行变址
X=10, 用变址寄存器R2进行变址
X=11, 相对寻址
设(PC)=1234H，(R1)=0037H，(R2)=1122H，(H代表十六进制数)，确定如下指令的有效地址：
(1)4420H (2) 2244H (3)1322H (4)3521H
四、（8分）设存储器容量为32字，字长64位，模块数m = 4,分别用顺序方式和交叉
方式进行组织.若存储周期T = 200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ= 50ns, 问：顺序存储器和交叉存储器带宽各是多少？
五、（12分）某磁盘存储器的转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道.问：
(1)磁盘存储器的存储容量是多少？
(2)最大位密度，最小位密度是多少？（π=3.14）
(3)磁盘数据传输率是多少？
(4)平均等待时间是多少？
(5)给出一个磁盘地址格式方案（假设每个扇区记录1024个字节）
六、（10分）如图1是从实时角度观察到的中断嵌套。

试问，这个中断系统可以实行几
重？并分析图中的中断过程。

图1
七、（12分）集中式仲裁有几种方式？画出链式查询方式的逻辑结构框图，简要说明其
工作原理
八、（10分）某机有8条微指令I 1-I 8，每条微指令所包含的微指令控制信号如表所示， a-j
分别对应10种不同性质的微命令信号，假设一条微指令的控制字段为8位，请安排微指令的控制字段格式，给出相应的理由。

九、
已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M*8
位的DRAM 芯片组构成所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问：
（1）所支持的最大主存空间的大小？
（2）若每个内存条为16M*64位，共需要几个内存条？
（3）每个内存条内共有多少DRAM芯片？
（4）主存共需要多少DRAM芯片？CPU如何选择各内存条？
答案
一、
（1）16进制展开后得到2进制
0100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000 S=0，E=100 0001 0 ，M=011 0110 0000 0000 0000 0000
指数e=10000010 – 10000000 = 00000010 = （2）10
尾数1.M=1.011011
X=(-1)S *1.M*2e= + 101.1011 = (5.6875)10
（2）-27/64 = -0.011011= - 1.1011*2-2
S=1, E=-2+128=126=0111 1110,M=1011 0000 0000 0000 0000 000 结果为：1 0111 1110 1011 0000 0000 0000 0000 000
二、
（1）[x]变补= 00 1011 [y]变补=11 0001
（2）[x]变补+[y]变补= 00 1011 + 11 0001=11 1100 (无溢出)
[x]变补-[y]变补=[x]变补+[-y]变补= 00 1011 + 00 1111 = 01 1010 (正溢出) （3）[x]补= 0 1011 [y]补=1 0001
符号：0⊕1=1
|x|=1011 |y|=1111
1011
1111
1011
1011
1011
1011
10100101
算后求补：01011011
加入符号位，最后计算结果：1 01011011
补码二进制真值：-165
十进制验证：11 * (-15) = -165
三、
1）X=00 , D=20H ,有效地址E=20H
2) X=10 , D=44H ,有效地址E=1122H+44H=1166H
3) X=11 , D=22H ,有效地址E=1234H+22H=1256H
4) X=01 , D=21H ,有效地址E=0037H+21H=0058H
四、
存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是
q = 64位× 4 =256位
顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是
t2 = mT = 4 × 200ns =800ns = 8 × 10 -7 (S)
t1 = T + (m–1)t =200ns + 3×50ns = 350ns = 3.5 × 10-7 (S) 顺序存储器带宽 W2 = q/t2 = 256 / (8×10-7) = 32 × 107 (位/S)
交叉存储器带宽 W1 = q/t1 = 256 / (3.5×10-7) = 73 × 107 (位/S)
五、
（1）每道记录信息容量 = 12288字节
每个记录面信息容量 = 275×12288字节
共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为
4×275×12288字节 = 13516800字节
（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）:
D1 = 12288字节/2πR1= 17字节/mm
最低位密度D2按最大磁道半径R2计算
R2 = R1 + (275/5) = 115 + 55 = 170mm
D2 = 12288字节/2πR2 = 11.5字节/mm
（3）磁盘数据传输率
r = 3000/60 = 50周/秒
N = 12288字节（每道信息容量）
C = r×N = 50×12288 = 614400字节/秒
（4）平均等待时间 = 1/2r = 1/2×50 = 1/100秒 = 10毫秒
（5）本地磁盘存储器假设只有一台，所以可不考虑台号地址。

有4个记录面，每个记录面有275个磁道。

假设每个扇区记录1024个字节，则需要12288字节/1024字节 = 12个扇区。

由此可得如下地址格式：
14 6 5 4 3 0
六、
该中断系统可以实行5重中断，中断优先级的顺序是，优先权1最高，主程序运行于最低优先权（优先权为6）。

图1中出现了4重中断。

图1中中断过程如下：
主程序运行到T1时刻，响应优先权4的中断源的中断请求并进行中断服务；到T3时刻，优先权4的中断服务还未结束，但又出现了优先权3的中断源的中断请求；暂停优先权4的中断服务，而响应优先权3的中断。

到T4时刻，又被优先权2的中断源所中断，直到T6时刻，返回优先权3的服务程序，到T7时刻，又被优先权1的中断源所中断，到T8时刻，优先权1的中断服务完毕，返回优先权3的服务程序，直到T10优先权3的中断服务结束，返回优先权4的服务程序，优先权4的服务程序到T11结束，最后返回主程序。

图中，优先权3的服务程序被中断2次，而优先权5的中断又产生。

七、
有三种方式：链式查询方式，计数器定时查询方式，独立请求方式
图A7.4
链式查询方式的工作原理如图A7.4所示：链式方式，除一般数据总线D和地址总线A外，主要有三根控制线：中央仲裁器
BS（忙）：该线有效，表示总线正被某外设使用
BR（总线请求）：该线有效，表示至少有一个外设要求使用总线
BG（总线同意）：该线有效，表示总线控制部件响应总线请求（BR）
链式查询方式的主要特征是总线同意信号BG的传送方式：串行地从一个I/O接口送到下一个接口。

假如BG到达的接口无总线请求，则接着往下传；假如BG到达的接口有总线请求，BG信号不再往下传。

这意味着I/O接口就获得了总线使用权。

八、
为了压缩指令字的长度，必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令信号组合在一个小组中，进行分组译码。

经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：
01e 01b
直接控制10f 10i
4位2位2位
九、
（1）主存大小226*64位=64M*64位
（2）内存条个数：(64M*64位)/(16M*64位)=4
（3）每个内存条DRAM芯片个数：(16M*64)/(4M*8)=32
（4）4*32=128
每个内存条有32 片DRAM 芯片，容量为16M×64 位，需24根地址线(A23~A0)完成内存条内存储单元寻址。

一共有4 块内存条，采用2 根高位地址线
(A25~A24) ，通过2：4 译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。