2021年云南农业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年云南农业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、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
2、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
3、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
4、串行运算器结构简单，其运算规律是（）。

A.由低位到高位先行进行进位运算
B.由低位到高位先行进行借位运算
C.由低位到高位逐位运算
D.由高位到低位逐位运算
5、下列关于定点数原码一位乘算法的描述正确的是（）。

I.符号位不参加运算，根据数值位的乘法运算结果确定结果的符号位
II.在原码一位乘算法过程中，所有移位均是算术移位操作
Ⅲ.假设两个n位数进行原码一位乘，部分积至少需要使用n位奇存器
A.II，III C.只有III
B.只有Ⅲ D.全错
6、存储器采用部分译码法片选时，（）。

A.不需要地址译码器
B.不能充分利用存储器空间
C.会产生地址重叠
D.CPU的地址线全参与译码
7、一个存储器的容量假定为M×N，若要使用I×k的芯片（I<M，k<N），需要在字和位方向上同时扩展，此时共需要（）个存储芯片。

A.M×N
B.（M/I）×（N/k）
C.
M/I
×
M/I
D.
M/I
×
N/k
8、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
9、CPU中的译码器要用（）。

A.地址译码人
B.指令译码
C.数据译码1
D.控制信号译码
10、在下列各种情况中，最应采用异步传输方式的是（）.
A.I/O接口与打印机交换信息
B.CPU与主存交换信息
C.CPU和PCI总线交换信息
D.由统一时序信号控制方式下的设备
11、内部总线（又称片内总线）是指（）。

A.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线
B.CPU和计算机系统的其他高速功能部件之间互相连接的总线
C.多个计算机系统之间互相连接的总线
D.计算机系统和其他系统之间互相连接的总线
12、下列说法中正确的是（）。

A.微程序控制方式与硬布线控制方式相比较，前者可以使指令的执行速度更快
B.若采用微程序控制方式，则可用μPC取代PC
C.控制存储器可以用掩膜ROM，EPROM或闪速存储器实现，
D.指令周期也称为CPU周期
13、下列部件中不属于控制部件的是（）。

A.指令寄存器
B.操作控制器
C.程序计数器
D.状态条件寄存器
14、在具有中断向量表的计算机中，中断向量地址是（）。

A.子程序入口地址
B.中断服务程序入口地址
C.中断服务程序入口地址的地址
D.例行程序入口地址
15、对于字符显示器，主机送给显示器的应是显示字符的（）
A.ASCI 码
B.列点阵码
C.BCD码
D.行点阵码
二、填空题
16、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、_______和_______
17、按照总线仲裁电路的位置不同，可分为________仲裁和________仲裁。

18、当今的CPU芯片除了包括定点运算器和控制器外，还包括_______、_______运算器和_______管理等部件。

19、虚拟存储器指的是________层次，它给用户提供了一个比实际________空间大的多
________空间。

20、2000年，超级计算机最高浮点运算速度达到每秒_______次，我国的_______号计算机的运算速度达到3840亿次，使我国成为_______之后第三个拥有高速计算机的国家。

21、计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用______传送、______传送、______传送。

22、中断处理需要有中断________。

中断________产生，中断________等硬件支持。

23、相联存储器是按_________访问的存储器，在cache中用来存放_________，在虚拟存
储器中用来存放_________.
24、条件转移、无条件转移、转子程序、返主程序、中断返回指令都属于_______类指令，这类指令在指令格式中所表示的地址不是_______的地址，而是_______的地址。

25、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。

三、名词解释题
26、伪指令：
27、数据帧：
28、透明：
29、周期窃取：
四、简答题
30、控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？
31、什么是程序计数器PC？为什么要设置PC寄存器？
32、说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

33、说明计算机系统的层次结构。

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、假设磁盘存储器转速为3000r/min，分8个扇区，每扇区存储1KB，主存与磁
盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。

假设一条指令最长执行时
间为25s。

试问：是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，
应采用什么方案？
36、一个Cache-主存系统，采用50MHz的时钟，存储器以每一个时钟周期传输一个字的速率连续传输8个字，以支持块长为8个字的Cache，且每个字长为32位。

假设读操作所花费的时间：1个周期接收地址，3个周期延迟，8个周期传输8个字；
写操作所花费的时间：1个周期接收地址，2个周期延迟，8个周期传输8个字，3个周期恢复和写入纠错码。

求下述几种情况下的存储器的带宽。

1）全部访问为读操作。

2）全部访问为写操作。

3）65%的访问为读操作，35%的访问为写操作。

六、综合题
37、某计算机存储器按字节编址，虚拟（逻辑）地址空间大小为16MB，主存（物理》地址空间大小为1MB，页面大小为4KB；Cache采用直接映射方式，共8行；主存与Cache之闸交换的块大小为32B。

系统运行到某一时刻时，页表的部分内容和Cache的部分的容如图3-50和图3-51所示，图中页框号及标记字段的内容为十六进制形式。

请回答下列问题：
1）虚拟地址共有几位，哪几位表示虚页号？物理地址共有几位？哪几位表示页框号（物人理页号）？
2）使用物理地址访问Cache时，物理地址应划分成哪几个字段？要求说明每个字段的位数及在物理地址中的位置。

3）虚拟地址001C60H所在的页面是否在主存中？若在主存中，则该虚拟地址对应的物理地址是什么？访问该地址时是否Cache命中？要求说明理由。

4）假定为该机配置一个4路组相连的TLB，该TLB共可存放8个页表项，若其当前
内容（十六进制）如图所示，则此时虚拟地址024BACH所在的页面是否在主存中？要求说明理由。

38、某机器采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址（机器按字寻址）。

机器配有如下硬件：ACC、MAR、MDR、PC、X、MQ、IR以及变址寄存器R。

和基址寄存器Ra，均为16位。

1）若采用单字长指令，共能完成105种操作，则指令可直接寻址的范围是多少？
一次间接寻址的范围又是多少？
2）若采用双字长指令，操作码位数及寻址方式不变，则指令可直接寻址的范围又
是多少？画出其指令格式并说明各字段的含义。

3）若存储字长不变，可采用什么方法访问容量为8MB的主存？需增设哪些硬件？
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、B
2、A
3、C
4、C
5、D
6、C
7、C
8、A
9、B
10、A
11、A
12、C
13、D
14、C
15、A
二、填空题
16、存储周期存储器带宽
17、集中式分布式
18、cache 浮点存储
19、主存--外存主存虚拟地址
20、1万亿神威美国、日本
21、并行串行复用
22、优先级仲裁向量控制逻辑
23、内容行地址表段表、页表和快表
24、程序控制类操作数下一条指令
25、存取时间存储周期存储器带宽
三、名词解释题
26、伪指令：
汇编语言程序所提供的装入内存中的位置信息，表示程序段和数据段开始信息及结束信息等且不转换成2进制机器指令.
27、数据帧：
串行数据传输的位格式，包括起始位，数据位，校验位，结束位和空闲位。

28、透明：
在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。

29、周期窃取：
DMA方式中由DMA接口向CPU申请占用总线，占用一个存取周期。

四、简答题
30、答：控制单元具有发出各种微操作命令序列的功能
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：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：计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。

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：磁盘存储器转速为3000r/min，即50r/s。

每转传送的数据为
8×1KB=8KB，所以数据传输率为8KB×50r/s=400KB/s.16位数据的传输时间=16位/（400KB/s）=2B/（400KB/s）=5μs。

由于5μs远小于25s，因此不能采用一
条指令执行结束响应DMA的请求方案。

应采用每个CPU机器周期末查询及响应DMA的请求方案。

36、解析：由于存储系统采用50MHz的时钟，因此每·个时钟周期为1/（50MHz）=20ns。

1）当全部访问为读操作时，一次读操作所花费的时间为
T r=（1+3+8）×20ns=240ns
故存储器的带宽为
B r=8/T r=8/（240×10-9）=33.3×106字/s=133.2MB/s
2）当全部访问为写操作时，一次写操作所花费的时间为
T r =（1+2+8+3）×20ns=280ns
故存储器的带宽为
B w=8/T w=8/（280×10-9）=28.6×106字/s=114.4MB/s
3）读/写操作合在一起的加权时间为
T=240ns×0.65+280ns×0.35=254ns
故存储器的带宽为
B=8/T=8/（254×10-9）=31.5×106字/s=126MB/S
六、综合题
37、解析：1）由于虚拟地址空间大小为16MB，且按字节编址，因此虚拟地址共有24位（24=16M）。

由于页面大小为4KB（212=4K），因此虚页号为前12位。

由于主存（物理）地址空间大小为1MB，因此物理地址共有20位（220=lM）。

由于页内地址有12位，因此20-12=8，即前8位为页框号。

2）由于Cache采用直接映射方式，因此物理地址应划分成3个字段，如下：
分析：由于块大小为32B，因此字块内地址占5位。

又由于Cache共8行，因此字块标记占3位。

综上所述，主存字块标记占20-5-3=12位。

3）虚拟地址001C60H的虚页号为前12位，即001H=1。

查表可知，其有效位为1，故在内存中。

虚页号为l对应页框号为04H，故物理地址为04C60H。

由于采用的是直接映射方式，因此对应Cache行号为3。

尽管有效位为1，但是由于标记位04CH#105H，故不命中。

4）由于采用了4路组相连的，因此TLB被分为2组，每组4行。

因此，虚地址应划分成3个字段，如下：
将024BACH转成二进制为000000100100101110101100，可以看出组号为0。

标记为00000010010，换成十六进制为000000010010（高位补一个0），即012H，从图3-51中的0组可以看出，标记为012H页面的页框号为1F，故虚拟地址024BACH所在的页面在主存中。

38、解析：
1）首先，由于MDR为16位，因此可以得出存储字长为16位。

又由于采用了单字长指令，因此指令字长为16位。

根据题知道需要实现105种操作，所以操作码需要7位。

从题意可以看出，需要实现直接寻址、间接寻址、变址寻址、基址寻址这4种寻址方式，故取两位寻址特征位，最后得指令格式为
其中，操作码占7位，可完成105种操作；寻址方式I占2位，可实现4种寻址
方式；形式地址A占7位，故直接寻址的范围为2'=128。

由于存储字长为16位，因此一次间接寻址的寻址范围为216=64K。

2）双字长指令格式如下：
形式地址A和B共同构成新的形式地址，故形式地址占23位，所以可直接寻址的范
围为223=8M。

3）容量为8MB，即8M×8位的存储器。

由于现在的存储字长（或者因为MDR为
16位）为16位，因此可以将8MB写成4M×l6位。

从上面问题可以知道，双字长指令可以访问8MB的容量，肯定可以满足要求，是一种不错的办法。

还有一种方法
就是将变址寄存器R x和基址寄存器R b取22位，那么就可以采用变址寻址和基址寻
址来访问到4M的存储空间。

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。