2021年蚌埠学院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年蚌埠学院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、容量为64块的Cache采用组相联映射方式，字块大小为128个字，每4块为一组。

如果主存为4K块，且按字编址，那么主存地址和主存标记的位数分别为（）。

A.16，6
B.17，6
C.18，8 D .19，8
2、对36位虚拟地址的页式虚拟存储系统，每页8KB，每个页表项为32位，页表的总容量为（）。

A.1MB
B.4MB
C.8MB
D.32MB
3、假定变量i、f、d的数据类型分别为int、float、double（int用补码表示，float 和double用IEEE754标准中的单精度和双精度浮点数据格式表示），已知i=785，f-
l.5678e3，d=1.5el00，若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真的是（）。

I.i==（int）（float）i Ⅱ.f==（float）（int）f
IⅡ.f==（float）（double）f Ⅳ.（d+f）-d=f
A.仅I、Ⅱ
B.仅I、Ⅲ
C.仅Ⅱ、Ⅲ
D.仅Ⅲ、Ⅳ
4、设x为整数，[x]补=1.x1x2x3x4x5，若要x<-16，x1~ x5应满足的条件是（）。

A. x1~ x5至少有一个为1
B.x1必须为1，x2~x5至少有一个为1
C.x1必须为0，x2~x5至少有一个为1
D.x1必须为0，x2~x5任意
5、组成一个运算器需要多个部件，但下面所列（）不是组成运算器的部件。

A.通用寄存器组
B.数据总线
C.ALU
D.地址寄存器
6、总线宽度与下列（）有关。

A.控制线根数
B.数据线根数
C.地址线根数
D.以上都不对
7、某同步总线采用数据线和地址线复用方式，其中地址/数据线有32根，总线时钟频率
为66MHz，每个时钟周期传送两次数据（上升沿和下降沿各传送一次数据），该总线的
最大数据传输率（总线带宽）是（）。

A.132MB/s
B.264MB/s
C.528MB/s
D.1056MB/s
8、在计算机系统中，表明系统运行状态的部件是（）。

A.程序计数器
B.指令寄存器
C.程序状态字
D.累加寄存器
9、假设基准程序A在某计算机上的运行时间为100s，其中90s为CPU时间，其余为/O 时间。

若CPU速度提高50%，V/O速度不变，则运行基准程序A所耗费的时间是（）。

A.55s
B.60s
C.65 s
D.70s
10、微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。

A.一条机器指令由一条微指令来执行
B.一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行
C.一段机器指令组成的程序可由一个微程序来执行
D.每一条微指令由一条机器指令来解释执行
11、下面是段MIPS指令序列：
add $a3, $s1, $s0 #R[$t3] ←R[$s1] +R($s0]
add $t2, $s0, $s3 #R[$t2]←R[$s0] +R [$s3]
Lw $t1,0($t2) #R[$t1] ←M[R[$t2] +0]
add $t1, $t1, $t2 #R[$t1] ←R[$t1]+R[$t2]
以上：指令序列中，指令之间发生数据相关？（）
A.1和2，2和3
B.1和2，2和4
C.1和3，2和3，2和4，3和4
D.1和2，2和3，2和4，3和4
12、下列寻址方式中，最适合按下标顺序访问一维数组的是（）。

A.相对寻址
B.寄存器寻址
C.直接寻址
D.变址寻址
13、零地址双操作数指令不需要指出操作数地址，这是因为（）。

A.操作数已在数据缓冲寄存器中
B.操作数隐含在累加器中
C.操作数地址隐含在堆栈指针中
D.利用上一条指令的运算结果进行操作
14、下列选项中，用于设备和设备控制器（I/O接口）之间互连的接口标准是（）。

A.PCI
B
C.AGP
D.PCI-Express
15、下列操作中，不属于“中断隐指令”所完成的是（）。

I.关中断
II.开中断
III.保护现场
IV.保存断点
V.将中断服务程序首地址送PC
A. I，II
B.II，III，V
C.II，III
D.III，V
二、填空题
16、计算机的_______是计算机_______结构的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。

17、计算机软件一般分为两大类：一类叫______,另一类叫______操作系统属于_______类。

18、运算器的两个主要功能是：_______，_______
19、外围设备大体分为输入设备，输出设备，_________设备，_________设备，_________设备五大类。

20、多个用户共享主存时，系统应提供_______。

通常采用的方法是_______保护和_______保护，并用硬件来实现。

21、计算机软件一般分为两大类：一类叫______，另一类叫______操作系统属于______类
22、按IEEE754标准，一个浮点数由_______、_______、_______三个域组成。

23、不同的CRT显示标准所支持的最大________和________数目是不同的。

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、目前的CPU包括________、 ________和cache、
三、名词解释题
26、循环码：
27、水平型微指令：
28、快闪存储器：
29、猝发转输方式：
四、简答题
30、说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

31、在字符显示器中，何时访问一次字符发生器？其地址码如何形成？
32、简述CPU的主要功能。

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、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、设有一个1MB容量的存储器，字长为32位，问：
1）若按字节编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？
2）若按半字编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？
3）若按字编址，地址寄存器、数据寄存器各为儿位？编址范围为多大？
36、假定硬盘传输数据以32位的字为单位，传输速率为IMB/s。

CPU的时钟频率
为50MHz
1）采用程序查询的输入/输出方式，假设查询操作需要100个时钟周期，求CPU为I/O查询所花费的时间比率，假定进行足够的查询以避免数据丢失。

2）采用中断方法进行控制，每次传输的开销（包括中断处理）为100个时钟周期。

求CPU为传输硬盘数据花费的时间比重。

3）采用DMA控制器进行输入/输出操作，假定DMA的启动操作需要1000个时钟
周期，DMA完成时处理中断需要500个时钟周期。

如果平均传输的数据长度为
4KB，问在硬盘工作时处理器将用多少时间比重进行输入/输出操作，忽略DMA申请使用总线的影响。

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、设某机器共能完成120种操作，CPU共有8个通用寄存器，且寄存器都为12位。

主存容量为16K字（机器采用按字寻址），采用寄存器-存储器型指令。

1）欲使指令可直接访问主存的任意地址，指令字长应取多少位？
2）若在上述设计的指令字中设置一寻址特征位X，且X=0表示某个寄存器作为基
址寄存器，试画出指令格式。

试问采用基址寻址可否访问主存的任意单元？为什么？如不能，提出一种方案，使得指令可访问主存的任意位置。

3）若存储字长等于指令字长，且主存容量扩大到64K字，在不改变硬件结构的前
提下，可采用什么方法使得指令可访问存储器的任意位置。

参考答案
一、选择题
1、D
2、D
3、B
4、D
5、D
6、B
7、C
8、C
9、D
10、B
11、D
12、D
13、C
14、B
15、C
二、填空题
16、软件系统
17、系统软件应用软件系统软件
18、算术运算逻辑运算
19、外存数据通信过程控制
20、存储保护存储区域访问方式
21、系统程序应用程序系统程序
22、符号位阶码尾数
23、分辨率颜色
24、优先级公平主方
25、控制器运算器
三、名词解释题
26、循环码：
一种纠错码，其合法码字移动任意位后的结果仍然是一个合法码字。

27、水平型微指令：
水平型微指令的特点是一次能定义并执行多个并行操作的微命令。

从编码方式看，直接编码、字段直接编码、字段间接编码以及直接编码和字段直接和间接混合编码都属水平型微指令。

其中直接编码速度最快，字段编码要经过译码，故速度受影响
28、快闪存储器：
一种非挥发性存储器，与EEPROM类似，能够用电子的方法擦除其中的内容。

29、猝发转输方式：
在一个总线周期内传输存储地址连续的多个数据字的总线传输方式。

四、简答题
30、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。

31、答：（1）每当点（列）计数器一个计数循环后，就访问一次缓冲存储器，然后紧跟
着访问一次字符发生器。

（2）由缓冲存储器读出的字符代码作为高位地址。

（3）线（行）计数器的计数值作为低位地址。

32、答：CPU主要有以下四方面的功能：
（1）指令控制：程序的顺序控制，称为指令控制。

（2）操作控制：CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送
往相应部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

（3）时间控制：对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。

（4）数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算处理，完成数据的加工处理。

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）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：字长为32位，若按半字编址，则每个存储单元存放16位；若按字编址，则每个存储单元存放32位。

1）若按字节编址，1MB=220×8bit，地址寄存器为20位，数据寄存器为8位，编址范围为00000H~FFFFFH。

2）若按半字编址，1MB=20×8bit=219×16bit，地址寄存器为19位，数据寄存器为16位，编址范围为00000H~7FFFFH。

3）若按字编址，1MB=20×8bit=218×32bit，地址寄存器为18位，数据寄存器为32位，编址范围为00000H~3FFFFH。

归纳总结：主存容量确定后，编址单位越大，对应的存储单元数量就越少。

因此，随着编址单位的变大，地址寄存器的位数减少，数据寄存器的位数增加。

其实这个可以这么来理解，医院需要放置1000个床位，每个房间放的床位多了，需要的房间自然就少了。

36、解析：本题考查计算机的性能指标和I/O方式。

先计算每次传输过程的平均时间，然后根据程序查询、中断和DMA方式的特点计算外设I/O的时间占整个CPU 时间的百分比。

1）采用程序查询的输入/输出方式，硬盘查询的速率为1MB/4B=250k（每秒查询次数）。

查询的时钟周期数为250k×100=25 000k.
占用的CPU时间比率为25 000k/50M=50%。

2）采用中断方法进行控制，每传送一个字需要的时问为（32bit/8）
÷1MB/s=4μs.
CPU 时钟周期为1/50MHz=0.02μs.
得到时间比重为100×0.02/4=50%。

3）采用DMA控制器进行输入/输出操作，平均传输的数据长度为4KB.传送的时间为4KB÷1MB/s=4ms在DMA传输的过程中，CPU不需要进行操作，所以CPU为传输硬盘数据花费的时间比重为0.02×1500/（4000+0.02×1 500）=0.74%.
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，操作码可以确定为7位；8个通用寄存器需要3位来表示；访问16K字的主存也需要14位，故指令字长需要7+3+14=24位，指令格式如下：
2）由于增加了一位寻址特征位，且基址寄存器使用了通用寄存器，因此除了加一位寻址方式X，还得空一个字段（基址寄存器编号R1）来表示使用哪一个通用寄存器作为基址寄存器，故指令格式为
另外，由于覆盖主存的16K字需要14位的地址，而寄存器只有12位，因此采用基址寻址不可以访问主存的任意单元，但可以将通用寄存器的内容向左移动两位，低位补0，这样就可以形成14位的基地址，然后与形式地址相加，得到的有效地址就可以访问16K字存储器的任意单元。

3）首先，由于不能改变硬件结构，因此把寄存器的位数加长是不可行的。

其次，因为指令字长为24位，而存储字长等于指令字长，所以恰好使用一次间接寻址就能达到16M字的寻址范围，完全可以满足题目所要求的寻址范围，而且还超额完成任务。