2021年西南科技大学计算机应用技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B(有答案)

2021年西南科技大学计算机应用技术专业《计算机组成原理》科目期
末试卷B（有答案）
一、选择题
1、设存储器容量为32字，字长为64位。

模块数m=4，采用低位交叉方式。

存储周期
T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传输周期r=50ns。

该交叉存储器的带宽是（）。

A.32×107bit/s
B.8×107bit/s
C.73×107bit/s
D.18×107bit/s
2、关于LRU算法，以下论述正确的是（）。

A.LRU算法替换掉那些在Cache中驻留时间最长且未被引用的块
B.LRU算法替换掉那些在Cache中驻留时间最短且未被引用的块
C.LRU算法替换掉那些在Cache中驻留时间最长且仍在引用的块
D.LRU算法替换掉那些在Cache中驻留时间最短且仍在引用的块
3、十进制数-0.3125的8位移码编码为（）。

A.D8H
B.58H
C.A8H
D.28H
4、假设机器字长为8位（含两位符号位），若机器数DA日为补码，则算术左移一位和
算术右移一位分别得（）。

A.B4H EDH
B.F4H 6DH
C.B5H EDH
D.B4H 6DH
5、在补码一位乘中，若判断位Y n Y n+1=01，则应执行的操作为（）。

A.原部分积加[-x]补，然后右移一位
B.原部分积加[x]补，然后右移一位
C.原部分积加[-x] 补，然后左移一位
D.原部分积加[x]补，然后左移一位
6、一次总线事务中，主设备只需给出一个首地址，从设备就能从首地址开始的若干连续单元读出或写入多个数据。

这种总线事务方式称为（）。

A.并行传输
B.串行传输
C.突发传输
D.同步传输
7、在计数器定时查询方式下，正确的描述是（）。

A.总线设备的优先级可变
B.越靠近控制器的设备，优先级越高
C.各设备的优先级相等
D.对硬件电路故障敏感
8、完整的计算机系统应该包括（）。

A.运算器、存储器、控制器
B.外部设备和主机
C.主机和应用程序
D.主机、外部设备、配套的软件系统
9、在计算机系统中，作为硬件与应用软件之间的界面是（）。

A.操作系统
B.编译程序
C.指令系统
D.以上都不是
10、某指令格式如下所示。

其中M为寻址方式，I为变址寄存器编号，D为形式地址。

若采用先变址后间址的寻址方式，则操作数的有效地址是（）。

A.I+D
B.（I）+D
C. (（I）+D)
D.（（I））+D
11、关于通用寄存器，下列说法正确的是（）。

A.可存放指令的寄存器
B.可存放程序状态字的寄存器
C.本身具有计数逻辑与移位逻辑的寄存器
D.可存放运算结果的寄存器
12、一般来说，变址寻址经常和其他寻址方式混合在起使用，设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先间址寻址再变址寻址的方式，则这种寻址方式的有效地址为（）。

A.EA=D+（IX）
B.EA=（D）+（IX）
C.EA=（D+（IX））
D.EA=D+IX
13、某计算机主存空间为4GB，字长为32位，按字节编址，采用32位定长指令字格式。

若指令按字边界对齐存放，则程序计数器（PC）和指令寄存器（IR）的位数至少分别是（）。

A.30，30
B.30，32
C.32，30
D.32，32
14、I/O指令实现的数据传送通常发生在（）。

A.I/O设备和I/O端口之间
B.通用寄存器和I/O设备之间
C.I/O端口和I/O端口之间
D.通用寄存器和I/O端口之间
15、某计算机的IO设备采用异步串行传送方式传送字符信息，字符信息的格式为：1位
起始位、7位数据位、1位检验位、1位停止位。

若要求每秒传送480个字符，那么该
I/O设备的数据传输率应为（）bit/s.
A.1200
B.4800
C.9600
D.2400
二、填空题
16、软磁盘和硬磁盘的_______记录方式基本相同，但在_______和_______上存在较大差别。

17、指令寻址的基本方式有两种，______方式和______方式。

18、汉字的_______、_______ 、_______是计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同
用途的编码。

19、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
_________
20、形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和_______寻址两种，使用
_______来跟踪。

21、通道是一个特殊功能的______，它有自己的______专门负责数据输入输出的传输控制。

22、为了解决多个_______同时竞争总线_______，必须具有_______部件。

23、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。

24、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。

25、多媒体CPU是带有________技术的处理器。

它是一种________技术，特别适合于图像
数据处理。

三、名词解释题
26、Booth算法：
27、MIDI：
28、EPROM：
29、从设备：被主设备访问的设备。

四、简答题
30、简要说明CPU与I/0设备之间传递信息可采用哪几种联络方式，他们分别用于什么场合？
31、什么是中断？请说明它的特点和适用场合。

32、什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么？
33、什么是中断隐指令，有哪些功能？
五、计算题
34、已知计算机的字长为32位，存储器的容量为1MR.如果按字节、半字、字、双字寻址，寻址范围各是多少？
35、设某机主存容量为16MB，Cache的容量为8KB，且按字节编址。

每字块8个字，每字32位。

设计一个4路组相联映射的Cache组织。

1）画出主存地址字段中各段的位数。

2）设Cache初态为空，CPU依次从主存0，1，2，…，99号单元中读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此次序10次，问命中率是多少？
3）若Cache速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？
4）系统的效率是多少？
36、已知两个实数x=-68，y=-8.25，它们在C语言中定义为float型变量，
分别存放在寄存器A和B中。

另外，还有两个寄存器C和D。

A、B、C、D都是32位
寄存器。

请问（要求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）x和y相加后的结果存放在寄存器C中，寄存器C中的内容是什么？
3）x和y相减后的结果存放在寄存器D中，寄存器D中的内容是什么？注：float型变量在计算机中都被表示成IEEE754单精度格式。

六、综合题
37、写出一个定点8位字长的二进制数在下列情况中所能表示的真值（数值）范围：1）不带符号数表示。

2）原码表示。

3）补码表示。

4）反码表示。

5）移码表示。

38、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？
39、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？
参考答案
一、选择题
1、C
2、A
3、B
4、A
5、B
6、C
7、A
8、D
9、A
10、C
11、D
12、B。

先间址后变址，这里需要理清“先间址”的这个间址指的是D，而不是1X，如果是IX的话那就变成了寄存器间接寻址了
13、B
14、D、
15、B
二、填空题
16、存储原理结构性能
17、字向位向
18、输入编码（或输入码）内码（或机内码）字模码
19、真值偏移量
20、跳跃程序计数器
21、处理器指令和程序
22、主设备控制权总线仲裁
23、主存--外存主存虚拟地址
24、优先级公平主方
25、MMX 多媒体扩展结构
三、名词解释题
26、Booth算法：
一种带符号数乘法，它采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积。

27、MIDI：
音乐器材数字化接口，规定电子乐器与计算机之间传递信息的方式。

28、EPROM：
可擦写可编程的ROM，可以被用户编程多次。

靠紫外线激发浮置栅上的电荷以达到擦除的目的。

8，EEPROM：
电可擦写可编程的ROM，能够用电子的方法擦除其中的内容。

9，SDRAM：
同步型动态随机访问存储器，在系统时钟控制下进行数据的读写。

29、从设备：被主设备访问的设备。

四、简答题
30、答：CPU与I/0之间传递信息常采用三种联络方式：直接控制（立即响应）、同步、异步。

适用场合分别为：直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/0设备，CPU直接控制外设
处于某种状态而无须联络信号。

同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/0速度差不大，近距离传送的场合。

异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/0速度差较大、远距离传送的场合。

31、答：在计算机的运行过程中，cpu接到跟紧急的服务请求而暂停执行的现行程序转而去执行终端服务程序，已处理随机事件，执行完毕后又恢复源程序的执行；主要特点：随
机性，通过执行程序处理随机事件；使用于中低速的NO管理，已处理随机事件；
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响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。

这些操作是由硬
件直接实现的，我们把它称为中断隐指令。

它不是指令系统中的一条真正的指令，没有操
作码，所以是一种不允许、也不可能为用户使用的特殊指令。

五、计算题
34、解：首先1MB=8Mhit（为了在后面的计算中单位统一）按字节寻址时，寻址范围为：
8Mbit/8bit=lMB。

按半字寻址时，寻址范围为：8Mbit/16bit=512KB。

按字寻址时，寻址范围为：
8Mbit/32bit=256KB。

按双字寻址时，寻址范围为：8Mbit/64bit=128KB。

35、解析：
1）主存地址字段如图所示。

2）由于Cache初态为空，因此CPU读0号单元时不命中，必须访存，同时将
该字所在的主存块调入Cache（调入内存一定是一整块调入，而一块包括8个单元），接着CPU读1~7号单元均命中。

同理，CPU读8，16，…，96号单元均不命中。

可见，CPU在连续读100个字中共有13次未命中，而后9次循环读100个字全
部命中，命中率为
100×10−13
×100%=98.7%
100×10
3）设主存存储周期为5t，Cache的存储周期为t，没有Cache的访问时间是
5t×l000，有Cache存储周期为t×（1000-13）+5t×13，则有Cache和无Cache
相比，速度提高的倍数为
5t×1000
−1=3.75
t(1000−13)+5t×13
4）系统的效率为
t
×100%=95%
0.987t+(1−0.987)×5t
36、解析：
1）float 型变量在计算机中都被表示成IEEE754单精度格式。

x=-68=-（1000100）2=-1.0001×26，符号位为l，阶码为127+6=128+5=（10000101）2，尾数为
1.0001，所以小数部分为000100000000000 00000000，合起来整个浮点数表示为11000010100010000000000000000000，写成十六进制为C2880000H。

y=-8.25=-（1000.01）2=-1.00001×23，符号位为1，阶码为
127+3=128+2=（100000102，尾数为1.00001，所以小数部分为00001000000000000000000，合起来整个浮点数表示为11000001000001000000000000000000，写成十六进制为Cl040000H。

2）两个浮点数相加的步骤如下。

①对阶：E x=10000101，E y=10000010，则
[E x-E y]补=[Ex]补+[-Ey]补=1000 0101+0111 1110=0000 0011
E x大于E y，所以对y进行对阶。

对阶后，y=-0.00100001×26。

②尾数相加：x的尾数为-1.000100000000000000000，y的尾数为-
0.00100001000000000000000。

用原码加法运算实现，两数符号相同，做加法，结果为-1.0011000 10000000000000000000。

即x加y的结果为-1.00110001×24，所以符号位为1，尾数为00110001000000000000000，阶码为127+6=128+5，即10000101，合起来
为110000101001100010000000 00000000，转换为十六进制形式为
C2988000H。

所以寄存器C中的内容是C2988000H。

3）两个浮点数相减的步骤同加法，对阶的结果也一样，只是尾数相减。

尾数相减：x的尾数为-1.00010000000000000000000，y的尾数为-
0.0010000100000000000 0000。

用原码减法运算实现，两数符号相同，做减法。

符号位取大数的符号，为1：数值部分为大数加小数负数的补码，即
1.00010000000000000000000+1.11011111000000000000000=0.1110 1111000000000000000
x减y的结果为-0.11101111×26=-1.1101111×25，所以符号位为1，尾数为110111100000000 00000000，阶码为127+5=128+4=（10000100）2，合起
来为110000100 110 11110000 000000000000，转换为十六进制形式为
C26F0000H。

所以寄存器D中的内容是C26F0000H。

六、综合题
37、解析：此题考查各种机器数的表示范围：
1）不带符号数表示范围：0~255。

2）原码表示：-127~+127。

3）补码表示：-128~+127。

4）反码表示：-127~+127。

5）移码表示：-128~+127。

38、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。

39、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。