2021年内蒙古师范大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年内蒙古师范大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科
目期末试卷A（有答案）
一、选择题
1、用二地址指令来完成算术运算时，其结果一般存放在（）。

A.其中一个地址码提供的地址中
B.栈顶
C.累加器（ACC）中
D.以上都不对
2、下列关于指令字长、机器字长和存储字长的说法中，正确的是（）。

I.指令字长等于机器字长的前提下，取指周期等于机器周期
Ⅱ.指令字长等于存储字长的前提下，取指周期等于机器周期
Ⅲ.指令字长和机器字长的长度没有必然关系
Ⅳ为了硬件设计方便，指令字长都和存储字长一样大
A.I、Ⅲ、IV
B.I、Ⅳ
C.Ⅱ、Ⅲ
D.Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
3、某计算机字长为32位，按字节编址，采用小端（Litle Endian）方式存放数据。

假定有一个double型变量，其机器数表示为1122334455667788H，存放在00008040H开始的连续存储单元中，则存储单元00008046H中存放的是（）。

A.22H
B.33H
C.66H
D.77H
4、假设在网络中传送采用偶校验码，当收到的数据位为10101010时，则可以得出结论（）
A.传送过程中未出错
B.出现偶数位错
C.出现奇数位错
D.未出错或出现偶数位错
5、下列为8位移码机器数[x]移，当求[-x]移时，（）将会发生溢出。

A.11111111
B.00000000
C.10000000
D.011l1l11
6、Cache用组相联映射，一块大小为128B，Cache共64块，4块分一组，主存有4096块，主存地址共需（）位。

A.19
B.18
C.17
D.16
7、某一计算机采用主存Cache存储层次结构，主存容量有8个块，Cache容量有4个块，采取直接映射方式。

若主存块地址流为0，1，2，5，4，6，4，7，1，2，4，1，3，7，2，一开始Cache为空，此期间Cache的命中率为（）。

A.13.3%
B.20%
C.26.7%
D.33.3%
8、CPU中不包括（）。

A.操作码译码器
B.指令寄存器
C.地址译码器
D通用寄存器
9、计算机硬件能够直接执行的是（）。

1.机器语言程序IⅡ.汇编语言程序Ⅲ.硬件描述语言程序入
A.仅I
B.仅I、Ⅱ
C.仅I、Ⅲ
D. I、Ⅱ 、Ⅲ
10、为协调计算机系统各部件的工作，需要一种器件来提供统一的时钟标准，这个器件，是（）。

A.总线缓冲器
B.总线控制器
C.时钟发生器
D.以上器件都具备这种功能
11、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
12、关于微指令操作控制字段的编码方法，下面叙述正确的是（）。

A.直接编码、字段间接编码法和字段直接编码法都不影响微指令的长度
B.一般情况下，直接编码的微指令位数最多
C.一般情况下，字段间接编码法的微指令位数最多
D.一般情况下，字段直接编码法的微指令位数最多
13、在程序执行过程中，（）控制计算机的运行总是处于取指令、分析指令和执行指令的循环之中。

A.控制器
B.CPU
C.指令存储器
D.指令译码器
14、在独立编址的方式下，存储单元和I/O设备是靠（）来区分的。

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
15、设一个磁盘盘面共有200个磁道，盘面总存储容量60MB，磁盘旋转一周的时问为25ms，每个磁道有8个扇区，各扇区之间有一间隙，磁头通过每个间除需1.25ms。

则磁盘通道所需最大传输率是（）。

A.10MB/s
B.60MB/s
C.83.3MB/s
D.20MB/s
二、填空题
16、指令格式是指令用_______表示的结构形式，通常格式中由操作码字段和_______字段组成。

17、按照总线仲裁电路的位置不同，可分为________仲裁和________仲裁。

18、奔腾CPU中L2级cache的内容是_______的子集，而_______内容又是L2级cache 的子集。

19、不同机器有不同的________，RISC指令系统是________指令系统的改进。

20、广泛使用的_______和_______都是半导体随机读写存储器，它们共同的缺点是_______
21、CPU能直接访问______和______但不能直接访问磁盘和光盘。

22、存储________并按________顺序执行，这是冯诺依曼型计算机的工作原理。

23、·计算机硬件包括_________、_________、_________适配器，输入/输出设备。

24、运算器的两个主要功能是：_______，_______
25、主存储器容量通常以KB表示，其中K=______；硬盘容量通常以GB表示，其中
G=______
三、名词解释题
26、访问周期时间：
27、独立请求方式：
28、基数：
29、寻道时间：
四、简答题
30、写出浮点数补码规格化形式。

当尾数出现什么形式时需要规格化？如何规格化？
31、宽体存储器有什么特点？
32、说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

33、零地址指令的操作数来自哪里？？各举一例说明。

五、计算题
34、一个直接映射的Cache有128个字块，主机内存包含16K个字块，每个块有16个字，访问Cache的时间是10ms，填充一个Cache字块的时间是200ms，Cache 的初始状态为空。

1）如果按字寻址，请定义主存地址字段格式，给出各字段的位宽；
2）CPU从主存中依次读取位置16~210的字，循环读取10次，则访问Cache 的命中率是多少？
3）10次循环中，CPU平均每次循环读取的时间是多少？
35、某计算机的CPU主频为500MHz，所连接的某外设的最大数据传输率为
20KB/s，该外设接口中有一个16位的数据缓存器，相应的中断服务程序的执行时间为500个时钟周期。

请回答下列问题：
1）是否可用中断方式进行该外设的输入输出？若能，在该设备持续工作期间，CPU用于该设备进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为多少？
2）若该外设的最大数据传输率是2MB/s，则可否用中断方式进行输入输出？
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、下图为由8片2114芯片构成的4K×8位的存储器，与8位的一个微处理器相连，2114芯片为lK×4位的静态RAM芯片。

试问：
1）每一组芯片组的地址范围和地址线数目。

2）4KB的RAM寻址范围是多少？
3）存储器有没有地址重叠？
38、1）指令中一般含有哪些字段？分别有什么作用？如何确定这些字段的位数？
2）某机器字长、指令字长和存储字长均为16位，指令系统共能完成50种操作，采用相对寻址、间接寻址、直接寻址。

试问：
①指令格式如何确定？各种寻址方式的有效地址如何形成？
②在①中设计的指令格式，能否增加其他寻址方式？试说明理由。

39、某机采用微程序控制方式，微指令字长为24位，采用水平型字段直接编码控制方式和断定方式。

共有微命令30个，构成4个互斥类，各包含5个、8个、14个和3个微命令，外部条件共3个。

1）控制存储器的容量应为多少？
2）设计出微指令的具体格式。

参考答案
一、选择题
1、A
2、C
3、A
4、D
5、B
6、A
7、C
8、C
9、A
10、C
11、D
12、B
13、A
14、C
15、D
二、填空题
16、二进制代码地址码
17、集中式分布式
18、主存 L1级cache
19、指令系统 CISC
20、SRAM DRAM 断电后不能保存信息
21、cache 主存
22、程序地址
23、运算器存储器控制器
24、算术运算逻辑运算
25、210 230
三、名词解释题
26、访问周期时间：
从一次访问存储的操作到操作完成后可启动下一次操作的时间。

27、独立请求方式：
集中式总线裁决方式之一，每一个设备都有一个独立的总线请求信号线送到总线控制器，控制器也给各设备分别发送一个总线响应信号。

28、基数：
在浮点数据编码中，对阶码所代表的指数值的数据，在计算机中是一个常数，不用代码表示。

29、寻道时间：
在磁盘中，将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间。

四、简答题
30、解析：设浮点数尾数采用双符号位，当尾数呈现00.1×××…×或者
11.0×××…×时，即为补码规格化形式。

当尾数出现01.×××…×或10.××x…×时，需要右规一次，即尾数右移一位，阶码加1。

当尾数出现00.0×××…×或
11.1××x…x时，需要左规N次（N不定），尾数每左移一位，阶码减1，直到尾数
呈现规格化形式为止。

31、答：.宽体存储器将存储的位数扩到多个字的宽度，访问存储器时可以同时对多个字
进行访问，从而提高数据的吞吐率。

32、答：中断向量地址和入口地址的区别：向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存中断向量表表项地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。

中断向量地址
和入口地址的联系：中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。

33、答：零地址指令的操作数来自ACC，为隐含约定。

在一地址指令中，另一个操作数
的地址通常可采用ACC隐含寻址方式获得。

五、计算题
34、解析：
1）按字寻址，每个块有16个字，故字块内地址为4位。

Cache有128个字块，故Cache字块地址为8位。

主存包含16K个字块，故主存地址总共14位。

则主存字块
标记位数为14-8-4=2位。

2）Cache中每个块16个字，故16~210位置的字，按照直接映射可分别放入Cache的第1~13块。

由于Cache的初始状态为空，循环读取10次时，第一次循环
第16、32、48、64、…、208位置的字均末命中，共13次，其他位置均命中，后
面9次循环每个字都命中。

故Cache的命中率为1-13/（195×10）=99.3%。

3）第一次循环需要填充Cache13次，访问Cache 195-13=182次，总时间为
200ns×13+10ns×182=4420ms。

其余9次循环只需访问Cache195次，总时间为195×10ns×9=17550ns。

故平均访问时间为（17550ns+4420ns）/10=2197ns。

35、解析：
1）因为该外设接口中有一个16位数据缓存器，所以，若用中断方式进行输入/输出，可以每16位进行一次中断请求，因此，中断请求的时间间隔为
2B/20KB/s=100μs.
对应的中断服务程序的执行时间为：（1/500MHz）×500=1μs。

因为中断响应过
程就是执行条隐指令的过程，所用时间相对于中断处理时间（执行中断服务程序的时间）而言，几乎可以忽略不计，因而整个中断响应并处理的时间大约为1μs多一点，远远小于中断请求的间隔时间。

因此，可以用中断方式进行该外设的输入输出。

若用中断方式进行该设备的输入/输出，则该设备持续上作期间，CPU用于该设备
进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为1/100=1%。

2）若外设的最大传输率为2MB/s，则中断请求的时间间隔为106×2B/2MB=1μs。

而整个中断响应并处理的时间大约为1μs多一点，中断请求的间隔时间小于中断响
应和处理时间，即中断处理还未结束就会有该外设新的中断到来，因此不可以用中断方式进行该外设的输入输出
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：先由两片2114芯片构成lK×8位的芯片组，再由4个芯片组构成4K×8位的存储器。

从图3-48可以看出，地址线A13~A10在图中没有出现，说明采用部分
译码方式。

1）芯片组的容量为1024B，需要10根地址线（A9~A10），故地址范围为000H~3FFH。

2）根据图3-48所示的连线，各芯片组的片选端由地址线Ais、A1s进行译码。

芯片组内地址线为A9~A10，A13~A10空闲，即为任意态。

假设A13~A10为全0，
4KB RAM的寻址范围分别是：第0组为0000H~03FFH，第1组为4000H~43FFH，第2组为8000H~83FFH，第3组为C000H~C3FFH，可见这4KB存储器的地址空间是不连续的。

演示第2组的计算过程，其他类似。

第2组的片选信号应该是10（A15、A14），接下来A13~A10为全0，剩下的全1，即1000001l11111111，十六进制为83FFH。

3）由于A13~A10没有参与译码（部分译码），因此存储器存在地址重叠现象。

38、32.解析：
1）指令字中一般有3种字段：操作码字段、寻址特征字段和地址码字段。

操
作码字段指出机器完成某种操作（加、减、乘、除等），其位数取决于指令系统有多少种操作类型；寻址特征字段指出该指令以何种方式寻找操作数的有效地址，其位数取决于寻址方式的种类；地址码字段和寻址特征字段共同指出操作数或指令的有效地址，其位数与寻址范围有关。

2）首先指令字由操作码字段、寻址特征字段和地址码字段组成。

由于此指
令系统能完成50种操作，因此操作码需要6位（25<50<26）。

由于此机器采用了
相对寻址、间接寻址和直接寻址3种寻址方式，因此需要两位来确定寻址方式，剩
下8位（16-6-2=8）为指令的地址字段，故指令格式为
寻址方式位可以这样来定义：
当寻址方式位为00时，可作为直接寻址，EA=A。

当寻址方式位为01时，可作为相对寻址，EA=（PC）+A。

当寻址方式位为10时，可作为间接寻址，EA=（A）。

由于上述指令格式中寻址方式位为11时没有使用，因此可以增加一种寻址方式。

39、解析：微指令字长为24位，操作控制字段被分为4组，第1组3位（表示5个微命令）.第2组4位，（表示8个微命令），第3组4位（表示14个微命令），第4组2位（表示3个微命令）；判断测试条件字段2位，下地址字段9位。

1）因为下地址字段有9位，所以控制存储器的容量为29×24位。

2）微指令的具体格式如图所示。