2021年西北工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B(有答案)

2021年西北工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B（有答案）
一、选择题
1、假设寄存器R中的数值为200，主存地址为200和300的地址单元中存放的内容分别是300和400，则（）访问到的操作数为200。

I.直接寻址200
Ⅱ.寄存器间接寻址（R）
Ⅲ.存储器间接寻址（200）
Ⅳ.寄存器寻址R
A.I、IⅣ
B.Ⅱ、Ⅲ
C.Ⅲ、IV
D.只有Ⅳ
2、某计算机按字节编址，指令字长固定且只有两种指令格式，其中三地址指令29条，二地址指令107条，每个地址字段为6位，则指令字长至少应该是（）。

A.24位
B.26位
C.28位
D.32位
3、有如下C语言程序段：（）
short si=-32767；unsigned short usi=si；执行上述两条语句后，usi的值为
A.-32767
B.32767
C.32768
D.32769
4、下列为8位移码机器数[x]移，当求[-x]移时，（）将会发生溢出。

A.11111111
B.00000000
C.10000000
D.011l1l11
5、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
6、若数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式（小端存储），则十六进制数12345678H按自己地址由小到大依次存为（）。

A.12345678
B.87654321
C.78563412
D.34127856
7、主存与Cache间采用全相联映射方式，Cache容量4MB，分为4块，每块lMB，主存容量256MB。

若主存读/写时间为30ms，Cache的读/写时间为3ns，平均读/写时间为3.27ms，则Cache的命中率为（）。

A.90%
B.95%
C.97%
D.99%
8、下列关于计算机操作的单位时间的关系中，正确的是（）。

A.时钟周期>指令周期>CPU周期
B.指令周期CPU周期>时钟周期
C.CPU周期>指令周期>时钟周期
D.CPU周期>时钟周期>指令周期
9、指令寄存器的位数取决（）。

A.存储器的容量
B.指令字长
C.机器字长人
D.存储字长
10、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
11、在（）结构中，外部设备可以和主存储器单元统一编址。

A.单总线
B.双总线
C.三总线
D.以上都可以
12、在程序执行过程中，（）控制计算机的运行总是处于取指令、分析指令和执行指令的循环之中。

A.控制器
B.CPU
C.指令存储器
D.指令译码器
13、指令寄存器中寄存的是（）
A.下一条要执行的指令
B.已执行完了的指令
C.正在执行的指令
D.要转移的指令
14、中断服务程序的最后一条指令是（）。

A.转移指令
B.出栈指令
C.中断返回指令
D.开中断指令
15、流水线中有3类数据相关冲突：写后读相关、读后写相关、写后写相关。

那么下列3组指令中存在读后写相关的是（）。

A.I1，SUB R1，R2，R3；（R2）-（R3）→R1
I2，ADD R4，R5，R1；（R5）+（R1）→R4
B. I1，STA M，R2；（R2）→M，M为主存单元
I2，ADD R2，R4，R5；（R4）+（R5）→R2
C.I1，MULR3，R2，R1；（R2）×（R3）→R3
I2，SUB R3，R4，R5；（R5）-（R4）→R3
D.以上都不是
二、填空题
16、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、_______传送和_______、传送。

17、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。

18、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
19、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。

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、CPU能直接访问______和______但不能直接访问磁盘和光盘。

22、RISC的中文含义是________，CISC的中文含义是________。

23、不同机器有不同的_________RISC指令系统是_________指令系统的改进。

24、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。

25、RISC的中文含义是______，CISC的中文含义是______
三、名词解释题
26、系统指令：
27、数据帧：
28、循环码：
29、单独编址：
四、简答题
30、简要说明通用I/O标准接口SCSI的性能特点。

31、计算机指令中一般包含哪些字段？各有什么作用？
32、总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？
33、何谓CRT的显示分辨率、灰度级？
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、一台8位微机的地址总线为l6条，其RAM存储器容量为32KB，首地址为4000H，且地址是连续的，可用的最高地址是多少？
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、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。

39、现有4级流水线，分别完成取指、指令译码并取数、运算、回写4步操作，假设完成各部操作的时间依次为100ns，100ns，80ns，50ns。

试问：
1）流水线的操作周期应设计为多少？
2）试给出相邻两条指令发生数据相关的例子（假设在硬件上不采取措施），试分析第2条指令要推迟多少时间进行才不会出错？
3）如果在硬件设计上加以改进，至少需要推迟多少时间？
参考答案
一、选择题
1、D
2、A
3、D
4、B
5、C
6、C
7、D
8、B
9、B
10、B
11、A
12、A
13、C，
14、C
15、B
二、填空题
16、并行串行复用
17、并行空间并行时间并行
18、SCSI IEEE1394
19、系统软件应用软件系统软件
20、跳跃程序计数器
21、cache 主存
22、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机
23、指令系统 CISC
24、总线 I/O设备（或输入输出设备）
25、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机
三、名词解释题
26、系统指令：
改变计算机系统的工作状态的指令.
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、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。

29、单独编址：
采用内存地址空间和外围设备的地址空间分开编排地址。

四、简答题
30、答：（1）SCSI接口总线有8条数据线、1条奇偶校验线、9条控制线组成。

使用50芯电缆，规定了两种电气条件：单端驱动和差分驱动。

（2）总线时钟频率高。

（3）SCSI接口总线以菊花链形式最多可接8台设备。

（4）每个SCSI设备有自己唯一的设备号ID=0-7。

ID=7的设备有最高优先权，ID=0的设备优先权最低。

采用分布式总线仲裁
策略。

（5）SCSI设备是指连接在SCSI总线上的智能设备，即除主适配器HBA外，其他SCSI设备实际是外设的适配器或控制器。

（6）SCSI设备是智能设备，对SCSI总线以至主机屏蔽了实际外设的固有物理属性，设备间可用一套标准命令进行数据传送。

（7）SCSI设备间是一种对等关系，而不是主从关系。

31、答：包含地址码和操作吗；操作码表示操作的类型；地址码一半表示操作数和操作结果的存储位置；
32、答：分五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址（目的地址）、信息传送、状态返回（或错误报告）。

33、答：分辨率是指显示器所能表示的像素个数。

像素越密，分辨率越高，图像越清晰。

分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。

同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。

灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。

灰度级越多，图像层次越清楚逼真。

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：32KB存储空间共占用15条地址线，若32KB的存储地址起始单元为0000H，其范围应为0000H~7FFFH，但现在的首地址为4000H，即首地址后移了，因此最高地址也应该相应后移，故最高地址=4000H+7FFFH=BFFFH。

归纳总结：32KB的存储空间是连续的，由于首地址发生变化，因此术地址也会跟着发生变化。

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）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。

39、解析：
1）流水线操作的时钟周期T应按4步操作中所需时问最长的一个步骤来考虑，所以T=100ns.
2）两条指令发生数据相关冲突的例子如下：
ADD R1，R2，R3（R2）+（R3）→R1
（将寄存器R2和R3的内容相加存储到寄存器RI）
SUB R4，R1，R5（R1）-（R5）→R4
（将寄存器R1的内容减去寄存器R5的内容，并将相减的结果存储到寄存器R4）
分析如下：首先这两条指令发生写后读（RAW）相关。

两条指令在流水线中的执行情况见表。

ADD指令在时钟4时将结果写入寄存器堆（R1），但SUB指令在时钟3时读寄存器堆
（R1）。

本来ADD指令应先写入R1，SUB指令后读R1，结果变成SUB指令先读R1.ADD指令后写R1，因而发生数据冲突。

如果硬件上不采取措施，则第2条指令SUB至少应该推迟两个时钟周期（2×100ns），即SUB指令中的指令译码并取数周期应该在ADD指令的写回周期之后才能保证不会出错，见表。

3）如果硬件上加以改进，则只延迟一个时钟周期即可（100ns）。

因为在ADD指令中，运算周期就已经将结果得到了，可以通过数据旁路技术在运算结果得到的时候将结果快速地送入寄存器RI，而不需要等到写回周期完成，见表。