2022年江西农业大学南昌商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A(有答案)

2022年江西农业大学南昌商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A（有答案）
一、选择题
1、下列关于Cache和虚拟存储器的说法中，错误的有（）。

I.当Cache失效（即不命中）时，处理器将会切换进程，以更新Cache中的内容
II.当虚拟存储器失效（如缺页）时，处理器将会切换进程，以更新主存中的内容III.Cache 和虚拟存储器由硬件和OS共同实现，对应用程序员均是透明的
IV.虚拟存储器的容量等于主存和辅存的容量之和
A.I、IⅣ
B.Ⅲ、V
C. I、Ⅱ、Ⅲ
D. I、Ⅲ、Ⅳ
2、局部性原理是一个持久的概念，对硬件和软件系统的设计和性能都有着极大的影响。

局部性通常有两种不同的形式：时间局部性和空间局部性。

程序员是否编写出高速缓存友好的代码，就取决于这两方面的问题。

对于下面这个函数，说法正确的是（）。

int sumvec(int v[N])
{int i, sum=0;
for(i=0;i<N;i++)
sum+= v[i]
eturn sum;
}
A.对于变量i和sum，循环体具有良好的空间局部性
B.对于变量i、sum和v[N]，循环体具有良好的空间局部性
C.对于变量i和sum，循环体具有良好的时间局部性
D.对于变量i、sum和v[N]，循环体具有良好的时间局部性2
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、下列说法正确的是（）。

A.当机器采用补码表示时，0有两种编码方式
B.当机器采用原码表示时，0有两种编码方式
C.当机器采用反码表示时，0有一种编码方式
D.无论机器数采用何种码表示，0都有两种编码方式
5、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
6、下列关于总线设计的叙述中，错误的是（）。

A.并行总线传输比串行总线传输速度快
B.采用信号线复用技术可减少信号线数量
C.采用突发传输方式可提高总线数据传输率
D.采用分离事务通信方式可提高总线利用率
7、关于同步控制说法正确的是（）。

A.采用握手信号
B.由统一时序电路控制的方式
C.允许速度差别较大的设备一起接入工作
D.B和C
8、下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（）。

1.提高CPU时钟频率Ⅱ.优化数据通路结构ll.对程序进行编译优化
A.仪I、Ⅱ
B.仅I、Ⅲ
C.仅Ⅱ、I
D.I、Ⅱ、Ⅲ
9、将高级语言源程序转换为机器目标代码文件的程序是（）。

A.汇编程序
B.链接程序
C.编译程序
D.解释程序
10、内部异常（内中断）可分为故障（Fault）、陷阱（Trap）和终止（Abort）三类。

下列有关内部异常的叙述中，错误的是（）。

A.内部异常的产生与当前执行指令相关
B.内部异常的检测由CPU内部逻辑实现
C.内部异常的响应发生在指令执行过程中
D.内部异常处理后返回到发生异常的指令继续执行
11、下列选项中，能引起外部中断的事件是（）。

A.键盘输入
B.除数为0
C.浮点运算下溢
D.访存缺贞
12、下列不属于微指令结构设计所追求的目标是（）。

A.提高微程序的执行速度
B.提高微程序设计的灵活性
C.缩短微指令的长度
D.增大控制存储器的容量
13、同步控制是（）。

A.只适用于CPU控制的方式
B.由统一时序信号控制的方式
C.所有指令执行时问都相同的方式
D.不强调统一时序信号控制的方式
14、下列关于各种寻址方式获取操作数快慢的说法中，正确的是（）。

I.立即寻址快于堆栈寻址
Ⅱ.堆栈寻址快于寄存器寻址
Ⅲ.寄存器一次间接寻址快于变址寻址
Ⅳ.变址寻址快于一次间接寻址
A. I、IV
B.Ⅱ、Ⅲ
C.I、Ⅲ、IV
D.Ⅲ、Ⅳ
15、下列不属于程序控制指令的是（）。

A.无条件转移指令
B.条件转移指令
C.中断隐指令
D.循环指令
二、填空题
16、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=______
17、总线仲裁部件通过采用________策略或________策略，选择其中一个主设备作为总线的下次，接管总线控制权。

18、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。

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、并行I/O接口______和串行I/O接口______是目前两个最具有权威性的标准接口技术。

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、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、_______和_______
24、并行I/O接口_______和串行I/O接口_______是两个目前最具权威性和发展前景的标
准接
25、流水CPU中的主要问题是_________相关，_________相关和_________相关；为此需要
采用相应的技术对策，才能保证流水畅通而不断流。

三、名词解释题
26、系统软件：
27、水平型微指令：
28、周期挪用：
29、助记符：
四、简答题
30、一个较完善的指令系统应包括哪几类？
31、在CPU中，哪些寄存器属于控制用的指令部件？它们各起什么作用？
32、什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么？
33、CPU 对DMA请求和中断请求的响应时间是否相同？为什么？
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、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。

36、某计算机的字长为16位，存储器按字编址，访存指令格式为16位，其中5位操作码，3位寻址方式字段，分别表示立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址和相对寻址这5种，8位地址码字段。

设PC和Rx分别为程序计数器和变址寄存器（其中变址寄存器的位数为16位）。

试问：
1）该格式能定义多少种指令？
2）各种寻址方式的寻址范围大小是多少？
3）写出各种寻址方式的有效地址EA的计算式。

六、综合题
37、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。

38、假定在一个8位字长的计算机中运行如下类C程序段：
unsigned int x=134；
unsigned int y=246；
int m=x；
int n=y；
unsigned int z1=x-y；
unsigned int z2=x+y；
int k l=m-n；
int k2=m+n；
若编译器编译时将8个8位寄存器R1~R8分别分配至变量x、y、m、n、z l、z2、k l和k2，则回答下列问题（提示：带符号整数用补码表示）：
1）执行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的内容分别是什么（用十六进制
表示）？
2）执行上述程序段后，变量m和k1的值分别是多少（用十进制表示）？
3）上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算，这4种运算能
否利用同一个加法器及辅助电路实现？简述理由。

4）计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出？上述程
序段中，哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出？
39、在表中的第2列、第3列填写简要文字对CISC和RISC的主要特征进行对比。

CISC和RISC的主要特征比较
参考答案
一、选择题
1、D
2、C
3、C
4、B
5、A
6、A
7、B
8、D。

“
9、C
10、D、
11、A
12、D
13、B
14、C
15、C
二、填空题
16、210 230
17、优先级公平主方
18、并行空间并行时间并行
19、传输字节
20、SCSI IEEE1394
21、总线 I/O设备（或输入输出设备）
22、分辨率颜色
23、存储周期存储器带宽
24、SCSI IEEE1394
25、资源数据控制
三、名词解释题
26、系统软件：
计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件，与具体的应用领域无关。

27、水平型微指令：
一次能定义并执行多个并行操作控制信号的微指令。

28、周期挪用：
DMA方式中由DMA接口向CPU申请占用总线，占用一个存取周期。

29、助记符：
用容易记忆的符号来表示指令中的操作码和操作数.
四、简答题
30、答：包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等。

31、答：（1）程序计数器PC，提供取指地址，从而控制程序执行顺序。

（2）指令寄存
器IR，存放现行指令，作为产生各种微操作命令的基本逻辑依据。

（3）程序状态寄存器PS，记录程序运行结果的某些特征标志，或用来设置程序运行方式与优先级。

参与形成某些微操作命令。

32、答：RISC是精简指令系统计算机，它有以下特点：（1）选取使用频率最高的一些简单指令，以及很有用但不复杂的指令。

（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式
种类少。

（3）只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。

（4）大部分指令在一个机器周期内完成。

（5）CPU中通用寄存器数量相当多。

（6）以
硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。

一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间.
33、答：CPU对DMA请求和中断请求的响应时间不相同，因为两种方式的交换速度相
差很大，因此CPU必须以更短的时间间隔查询并响应DMA请求（一个存取周期末）。

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、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。

36、解析：
1）5位操作码可表示25=32种不同的指令。

2）各种寻址方式的寻址范围大小如下。

立即数寻址方式：只能访问唯一的一个数据。

直接寻址方式：用地址码表示存储器地址，8位地址码可以有28=256个数据字。

间接寻址方式需要分为两种（特别注意）：
①一次间接寻址：用地址码表示地址的存储位置，存储器中16位的地址可以有216=64K大小的寻址范围。

②多次间接寻址：多次间接寻址需要使用一位来表示是否为最后一次间接寻址，可以有215=32K大小的寻址范围。

变址寻址方式：用地址码表示地址的偏移量，地址在寄存器中，16位变址寄存器的寻址范围是216。

相对寻址方式：寻址范围是PC值附近的字，8位地址偏移量可对PC附近的256个数据字进行寻址，即寻址范围是256个数据字。

3）设地址码位A，各寻址方式的有效地址见表
六、综合题
37、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
38、解析：
1）寄存器R1存储的是134，转换成二进制为10000110B，即86H。

寄存器R5存储的是x-y的内容，x-y=-112，转换成二进制为10010000B，即90H。

寄存器R6存储的是x+y的内容，x+y=380，转换成
二进制为101111100B（前面的进位含弃），即7CH。

由于计算机字长为8位，因此无符号整数能表示
的范围为0～255，而x+y=380，故溢出。

2）m二进制表示为10000110B，由于m是int型，因此最高位为符号位，可以得出m的原码为11111010（对10000110除符号位取反加1），即-122。

同理，n的二进制表示为11110110B，故n的
原码为10001010，转成十进制为-10。

因此，k1=-122-（-10）=-112。

3）参考答案：可以利用同一个加法器及辅助电路实现。

因为无符号整数和有符号整数都是以补码形式存储，所以运算规则都是一样的。

但有一点需要考虑，由于无符号整数和有符号整数的表示范围是不一样的，因此需要设置不一样的溢出电路。

4）至于内部如何判断溢出，可参考前面的总结。

带符号整数只有k2会发生溢出。

分析：8位带符号整数的补码取值范围为-128~+127，而k2-m+n=-122-10--132，超出范围。

而kl=-112，在范围-128~+127之内。

39、解析：
填写后的表如下所示。