2021年浙江工业大学数据科学与大数据技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年浙江工业大学数据科学与大数据技术专业《计算机组成原理》
科目期末试卷A（有答案）
一、选择题
1、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
2、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
3、下列关于定点数原码一位乘算法的描述正确的是（）。

I.符号位不参加运算，根据数值位的乘法运算结果确定结果的符号位
II.在原码一位乘算法过程中，所有移位均是算术移位操作
Ⅲ.假设两个n位数进行原码一位乘，部分积至少需要使用n位奇存器
A.II，III C.只有III
B.只有Ⅲ D.全错
4、假设在网络中传送采用偶校验码，当收到的数据位为10101010时，则可以得出结论（）
A.传送过程中未出错
B.出现偶数位错
C.出现奇数位错
D.未出错或出现偶数位错
5、为了表示无符号十进制整数，下列哪些是合法的8421BCD码？（）
I.01111001 Ⅱ.11010110 Ⅲ.00001100 Ⅳ.1000010l
A.I、IⅡ
B.Ⅱ、Ⅲ
C.I、Ⅳ
D.I、Ⅱ、Ⅲ
6、内部总线（又称片内总线）是指（）。

A.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线
B.CPU和计算机系统的其他高速功能部件之间互相连接的总线
C.多个计算机系统之间互相连接的总线
D.计算机系统和其他系统之间互相连接的总线
7、按数据传送格式，总线常被划分为（）。

A.并行总线与串行总线
B.同步总线与异步总线
C.系统总线与外总线
D.存储总线与I /O总线
8、CPU中不包括（）。

A.操作码译码器
B.指令寄存器
C.地址译码器
D通用寄存器
9、冯·诺依曼型计算机的设计思想主要有（）。

1.存储程序Ⅱ.二进制表示Ⅲ.微程序方式Ⅳ.局部性原理
A. I，Ⅲ
B.Ⅱ，Ⅲ
C.IⅡ，IⅣ
D.I，IⅡ
10、微指令大体可分为两类：水平型微指令和垂直型微指令。

下列几项中，不符合水平型微指令特点的是（）。

A.执行速度快
B.并行度较低
C.更多地体现了控制器的硬件细节
D.微指令长度较长
11、（）不是常用三级时序系统中的一级。

A.指令周期
B.机器周期
C.节拍
D.定时脉冲
12、下列对RISC的描述中，正确的有（）。

I.支持的寻址方式更多
Ⅱ.大部分指令在一个机器周期完成
Ⅲ.通用寄存器的数量多
Ⅳ.指令字长不固定
A. I、Ⅳ
B.Ⅱ、Ⅲ
C. I、Ⅱ、Ⅲ
D. I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
13、在各种寻址方式中，指令的地址码字段可能的情况有（）。

I.寄存器编号
Ⅱ.设备端口地址
Ⅲ.存储器的单元地址
Ⅳ.数值
A. I、Ⅱ
B. I、Ⅱ、Ⅲ
C. I、Ⅲ
D.I、Ⅱ、Ⅲ、IV
14、某磁盘的转速为10 000r/min，平均寻道时间是6ms，磁盘传输速率是20MB/s，磁盘控制器延迟为0.2ms，读取一个4KB的扇区所需平均时间约为（）。

A.9ms
B.9.4ms
C.12ms
D.12.4ms
15、DMA方式的接口电路中有程序中断部件，其作用是（）。

A.实现数据传送
B.向CPU提出总线使用权
C.向CPU提出传输结束
D.发中断请求
二、填空题
16、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、_______和_______
17、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。

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

20、存储_______并按_______顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理。

21、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、______传送。

22、寻址方式按操作数的物理位置不同，多使用_______型和_______型，前者比后者执行速度快。

23、一位十进制数，用BCD码表示需要________位二进制码，用ASCII码表示需要
________位二进制码。

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

25、目前的CPU包括________、 ________和cache、
三、名词解释题
26、尾数：
27、向量地址：
28、相对转移：
29、独立请求方式：
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、在DMA方式预处理（初始化）阶段，CPU通过程序送出哪些信息？
32、能不能说CPU的主频越快，计算机的运行速度就越快？为什么？
33、什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？
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、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、下图为由8片2114芯片构成的4K×8位的存储器，与8位的一个微处理器相连，2114芯片为lK×4位的静态RAM芯片。

试问：
1）每一组芯片组的地址范围和地址线数目。

2）4KB的RAM寻址范围是多少？
3）存储器有没有地址重叠？
38、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。

39、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？
参考答案
一、选择题
1、C
2、C
3、D
4、D
5、C
6、A
7、A
8、C
9、D
10、B
11、A
12、B
13、D
14、B
15、C
二、填空题
16、存储周期存储器带宽
17、存取时间存储周期存储器带宽
18、输入编码（或输入码）内码（或机内码）字模码
19、指令系统 CISC
20、程序地址
21、并行串行复用
22、RR RS
23、4 7
24、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机
25、控制器运算器
三、名词解释题
26、尾数：
在浮点数据编码中，表示数据有效值的代码。

27、向量地址：
中断方式中由硬件产生向量地址，可由向量地址找到入口地址。

28、相对转移：
一种形成转移目标地址的方式，转移指令的目标指令地址是由PC寄存器的值加上一个偏移量形成的。

29、独立请求方式：
集中式总线裁决方式之一，每一个设备都有一个独立的总线请求信号线送到总线控制器，控制器也给各设备分别发送一个总线响应信号。

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：向DMA控制器及I/0接口（分离模式或集成模式均可）分别送出如下信息：A、测试设备状态，预置DMA控制器工作方式；B、主存缓冲区首址，交换量，传送方向；C、设备寻址信息，启动读/写。

32、答：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。

因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构，时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看
综合效果。

33、答：人们习惯把每一条机器语言的语句称为机器指令，而又将全部机器指令的集合称为机器的指令系统。

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：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：先由两片2114芯片构成lK×8位的芯片组，再由4个芯片组构成4K×8位的存储器。

从图3-48可以看出，地址线A13~A10在图中没有出现，说明采用部分
译码方式。

1）芯片组的容量为1024B，需要10根地址线（A9~A10），故地址范围为000H~3FFH。

2）根据图3-48所示的连线，各芯片组的片选端由地址线Ais、A1s进行译码。

芯片组内地址线为A9~A10，A13~A10空闲，即为任意态。

假设A13~A10为全0，
4KB RAM的寻址范围分别是：第0组为0000H~03FFH，第1组为4000H~43FFH，
第2组为8000H~83FFH，第3组为C000H~C3FFH，可见这4KB存储器的地址空间是不连续的。

演示第2组的计算过程，其他类似。

第2组的片选信号应该是10（A15、A14），接下来A13~A10为全0，剩下的全1，即1000001l11111111，十六进制为83FFH。

3）由于A13~A10没有参与译码（部分译码），因此存储器存在地址重叠现象。

38、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
39、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。