2021年昆明理工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年昆明理工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、在下列寻址方式中，（）方式需要先计算，再访问存。

A.相对寻址
B.变址寻址
C.间接寻址
D.A、B
2、四地址指令OPA1A2A3A4的功能为（A1）OP（A2）一A3，且A4给出下一条指令地址，假设A1，A2，A3，A4都为主存储器地址，则完成上述指令需要访存（）次。

A.2
B.3
C.4
D.5
3、在浮点机中，（）是隐藏的。

A.阶码
B.数符
C.尾数
D.基数
4、float 型数据常用IEEE754单精度浮点格式表示。

假设两个float型变量x和y分别存放在32位寄存器fl和f2中，若（fl）=CC900000H，（f2）=BOC00000H，则x和y
之间的关系为（）。

A.x<y且符号相同
B.x<y符号不同
C.x>y且符号相同
D.x>y且符号不同
5、某机器字长为8位，采用原码表示法（其中一位为符号位），则机器数所能表示的范
围是（）。

A.-127~+127
B.-127~+128
C.-128~+127
D.-128~+128
6、某计算机主存按字节编址，由4个64M×8位的DRAM芯片采用交叉编址方式构成，并与宽度为32位的存储器总线相连，主存每次最多读写32位数据。

若double型变量x
的主存地址为80400lAH，则读取x需要的存储周期数是（）。

A.1
B.2
C.3
D.4
7、某机器字长32位，存储容量64MB，若按字编址，它的寻址范围是（）。

A.8M
B.16MB
C.16M
D.8MB
8、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
9、某计算机主频为1.2GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。

该机的
MIPS数是（）。

A.100
B.200
C.400
D.600
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、系统总线中的数据线、地址线、控制线是根据（）来划分的。

A.总线所处的位置
B.总线的传输方向
C.总线传输的内容
D.总线的材料
12、在微程序控制器中，微程序的入口微地址是通过（）得到的。

A.程序计数器PC
B.前条微指令
C.PC+1
D.指令操作码映射
13、下列说法中，正确的是（）。

A.加法指令的执行周期一定要访存
B.加法指令的执行周期一定不要访存
C.指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定要访存
D.指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定不需要访存
14、各种外部设备均通过（）电路，才能连接到系统总线上。

A.外设
B.内存
C.中断
D.接口
15、某机有4级中断，优先级从高到低为1→2→3→4。

若将优先级顺序修改，修改后1级中断的屏蔽字为1011，2级中断的屏蔽字为1111.3级中断的屏蔽字为0011，4级中断的屏蔽字为0001，则修改后的优先顺序从高到低为（）。

A.3→2→1→4
B.1→3→4→2
C.2→1→3→4
D.2→3→1→4
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、堆栈是一种特殊的数据寻址方式，它采用________原理。

按结构不同，分为________堆栈和________堆栈。

18、按IEEE754标准，一个浮点数由_______、_______、_______三个域组成。

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、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、为了运算器的高速性，采用了________进位，________乘除法，________等并行技术措施。

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、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。

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、块表：
27、计数器定时查询方式：
28、ALU：
29、通道：
四、简答题
30、什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？
31、静态存储器依靠什么存储信息？动态存储器又依靠什么原理存储信息？试比较它们的优缺点。

32、中断处理过程包括哪些操作步骤？
33、什么是刷新存储器？其存储容量与什么因素有关？
五、计算题
34、设存储字长和指令字长均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、一一次间接寻址、多次间接寻址、变址、基址、相对和立即这7种寻址方式，则可在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占几位？寻址特征位占几位？可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的范围是多少？多次间接寻址的范围又是多少？
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、某磁盘存储器转速为3 000r/min，共有4个记录面，5道/mm，每道记录信息为12 288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。

试问：
1）磁盘存储器的容量是多少？
2）最高位密度与最低位密度是多少？
3）磁盘数据传输率是多少？
4）平均等待时间是多少？
5）给出一个磁盘地址格式方案。

六、综合题
37、设浮点数字长32位，其中阶码部分8位（含l位阶符），尾数部分24位（含1位数符），当阶码的基值分别是2和16时：
1）说明基值2和16在浮点数中如何表示。

2）当阶码和尾数均用补码表示，且尾数采用规格化形式时，给出这两种情况下所能表示的最大正数真值和非零最小正数真值。

3）在哪种基值情况下，数的表示范围大？
4）两种基值情况下，对阶和规格化操作有何不同？
38、在按字节编址的计算机M上， fl的部分源程序（阴影部分）与对应的机器级代码（包括指令的虚拟地址）如下：其中，机器级代码包括行号、虚拟地址、机器指令和汇编指令。

请回答下列问题
（1）计算机M是RISC还是CISC，为什么？
（2）fl的机器指令代码共占多少字节，要求给出计算过程。

（3）第20条指令cmp通过i减n-1实现对i和n-l的比较。

执行fl（0）过程中，当
i=0时，cmp指令执行后，进/借位标志CF的内容是什么？要求给出计算过程。

（4）第23条指令shl通过左移操作实现了power*2运算，在f2中能否也用shl指令实现power*2运算？为什么？
39、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？
参考答案
一、选择题
1、D
2、C
3、D
4、A
5、A
6、C
7、C
8、A
9、C
10、C
11、C
12、D
13、C
14、D
15、C
二、填空题
16、软件系统
17、先进后出寄存器存储器
18、符号位阶码尾数
19、指令系统 CISC
20、SRAM DRAM 断电后不能保存信息
21、系统程序应用程序系统程序
22、先行阵列流水线
23、内容行地址表段表、页表和快表
24、输入编码（或输入码）内码（或机内码）字模码
25、存取时间存储周期存储器带宽
三、名词解释题
26、块表：
主存-cache地址映像机制，由查块表判定主存地址的存储单元是否在cache中以及在cache中的位置。

27、计数器定时查询方式：
集中式总线裁决方式之一，设备要求使用总线时通过一条公用请求线发出，总线控制器按计数的值对各设备进行查询。

28、ALU：
算术逻辑运算单元，执行所有的算术运算和逻辑运算。

29、通道：
是一个具有输入输出处理器的输入输出接口。

四、简答题
30、答：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周
期长度=主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的
时序单位，对应完成一个微操作所需的时间，通常时钟周期=计算机主频的倒数。

31、答：（1）静态存储器以双稳态触发器为存储信息的物理单元，依靠内部交叉反馈保
存信息。

速度较快，不需动态刷新，但集成度稍低，功耗大。

（2）动态存储器依靠电容
上暂存电荷来存储信息，电容上有电荷为1，无电荷为0.集成度高，功耗小，速度稍慢，
需定时刷新。

32、答：中断处理过程如下：
⑴设备提出中断请求；
⑵当一条指令执行结束时CPU响应中断
⑶CPU设置“中断屏蔽”标志，不再响应其它中断请求
⑷保存程序断点（PC）
⑸硬件识别中断源（移到中断服务子程序入口地，址）
⑹用软件方法保存CPU现场
⑺为设备服务
⑻恢复CPU现场
⑼“中断屏蔽”标志复位，以便接收其它设备中断请求
⑽返回主程序
33、答：为了不断提供刷新图像的信号，必须把一顿图像信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。

其存储容量由图像灰度级决定。

分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量越
大
五、计算题
34、解析：
1）由于此指令系统可完成108种操作，因此指令字中的操作码占7位（27=128）。

2）由于指令系统中有7种寻址方式，因此寻址特征位占3位。

3）由于地址码的位数为24-7-3=14位，因此直接寻址的范围为214。

4）由于存储字长为24位，因此一次间接寻址的范围为224。

5）由于多次间接寻址需要使用一位来标志是否间接寻址完毕，因此只有23位用做寻址，寻址范围为223。

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：
1）每道记永信息容最=12288B，每个记录面信息容量=275×12288B.共有4个记
求面，所以磁盘存储器的容量=4×275×12288B=13516800B。

2）假设最高位密度为D1（即最内圈磁道的位密度），D1=每道信息量：内圈圆周长=12288B：（π×最小磁道直径）=17B/mm。

假设最低位密度为D2（即最外圈
磁道的位密度），最大磁道半径=最小磁道半径+（275÷5）
=115mm+55mm=170mm.故D2=每道信息量÷外圈阅周长=12288B+（π×最小磁道直径）=11.5B/mm.
3）磁盘数据传输率C=转速×每道信息容量，转速r=3000/60r/s=50r/s.每道信息容量=12 288B，故C=50×12288B=614400B/s
4）平均等待时间=1
2r =1
2×50r/s
=10ms
5）磁盘地址格式为：柱面（磁道）号，磁头（盘面）号，扇区号。

因为每个记录
面有275个磁道，故磁道号占9位，又因为有4个记录面，故盘面号占2位。

假定每
个扇区记录1024个字节，则需要1 288B÷1024B=12个扇区，扇区号占4位.
六、综合题
37、解析：
1）基值2和16在浮点数中是隐含表示的，并不出现在浮点数中。

2）最大正数，也就是，尾数最大且规格化，阶码最大的数；最小正数，也就是，尾数最小且规格化（t为基值时，尾数的最高log2t位不全为0的数为规格化数），
阶码最小的数。

当阶码的基值是2时，最大正数：0.111111l：0，11…1，真值是（1-2-23）×2127；最小正数：1，0000000：0，10…0，真值是2-129。

当阶码的基值是16时，最大正数：0.111111；0，11…1，真值是（1-2-23）
×16127：最小正数：1，0000000：0，0001.0，真值是16-129
3）在浮点数表示中，基值越大，表示的浮点数范围就越大，所以基值为16的浮点数表示范围大。

4）对阶时，需要小阶向大阶看齐，若基值为2的浮点数尾数右移一位，阶码加1：而基值为16的浮点数尾数右移4位，阶码加1。

格式化时，若基值为2的浮点数尾数最高有效位出现0，则需要尾数向末移动一位，阶码减1：而基值为16的浮点数尾数最高4位有效位全为0时，才需要尾数向左移动，每移动4位，阶码减1。

38、解析：
（1）M为CISC。

M的指令长短不一，不符合RISC指令系统特点。

（2）fl的机器代码占96B。

因为fl的第一条指令pushebp所在的虚拟地址为00401020H，最后一条指令ret所
在的虚拟地址为0040107FH，所以，l的机器代码长度为0040107FH-00401020H=60H=96B。

（3）CF=1。

cmp指令实现i与n-l的比较功能，进行的是减法运算。

在执行fl（0）过程中，n=0，当i=0时，i=00000000H，并且n-1=FFFFFFFFH。

因此当执行第20条指令时，在
补码加/减运算中执行“0减FFFF FFFFH”的操作，即
00000000H+00000000H+1=0000 0001H，此时进位输出C=0，减法运算的借
位标志CF=C田1=1。

（4）f2中不能用shl 指令实现power*2。

因为shl指令用来将一个整数的所有有效数位作为一个整体左移，而f2中的变量power是float型，其机器数中不包含最高有效数位，但包含了阶码部分，将其作
为一个整体左移时并不能实现“乘2”的功能。

因而f2中不能用shl 指令实现power*2。

浮点数运算比整型运算要复杂，耗时也较长。

39、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。