2021年中国石油大学(华东)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年中国石油大学(华东)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、连续两次启动同一存储器所需的最小时间间隔称为（）。

A.存储周期
B.存取时间
C.存储时间
D.访问周期
2、在全相联映射、直接映射和组相联映射中，块冲突概率最小的是（）。

A.全相联映射
B.直接映射
C.组相联映射
D.不一定
3、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
4、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
5、下列关于浮点数加减法运算的叙述中，正确的是（）。

I.对阶操作不会引起阶码上溢或下溢
Ⅱ.右归和尾数舍入都可能引起阶码上溢
Ⅲ.左归时可能引起阶码下溢
IV.尾数溢出时结果不一定溢出
A.仅Ⅱ、Ⅲ
B. 仅I、Ⅱ、Ⅲ
C.仅I、Ⅲ、IⅣ
D. I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
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、下列关于总线说法中，正确的是（）
I.使用总线结构减少了信息传输量
II.使用总线的优点是数据信息和地址信息可以同时传送
III.使用总结结构可以提高信息的传输速度
IV.使用总线结构可以减少信息传输线的条数
A.I，II，III
B.II，III，IV
C.III，IV
D.只有I
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、已知计算机A的时钟频率为800MHz，假定某程序在计算机A上运行需要12s。

现在硬件设计人员想设计计算机B，希望该程序在B上的运行时间能缩短为8s，使用新技术后可使B的时钟频率大幅度提高，但在B上运行该程序所需要的时钟周期数为在A上的
1.5倍。

那么，机器B的时钟频率至少应为（）能运到所希望的要求。

A.800MHz
B.1.2 GHz
C.1.5GHz
D.1.8GHz
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、下列关于超标量流水线特性的叙述中，正确的是（）。

I.能缩短流水线功能段的处理时间
II.能在一个时钟周期内同时发射多条指令
III.能结合动态调度技术提高指令执行并行性
A.仅II
B.仅I、III
C.仅I、II
D. I、II、III
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、直接寻址的无条件转移指令的功能是将指令中的地址码送入（）。

A.程序计数器（PC）
B.累加器（ACC）
C.指令寄存器（IR）
D.地址寄存器（MAR）
14、异常是指令执行过程中在处理器内部发生的特殊事件，中断是来自处理器外部的请求事件。

下列关于中断或异常情况的叙述中，错误的是（）。

A.“访存时缺页”属于中断
B.“整数除以0”属于异常
C.“DMA传送结束”属于中断
D.“存储保护错”属于异常
15、在DMA传送方式中，发出DMA请求的是（）。

A.外部设备
B.DMA控制器
C.CPU
D.主存
二、填空题
16、指令格式是指令用_______表示的结构形式，通常格式中由操作码字段和_______字段组成。

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、从操作数的物理位置来说，可将指令归结为三种类型：存储器-存储器型，_______
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、2000年，超级计算机最高浮点运算速度达到每秒_______次，我国的_______号计算机的运算速度达到3840亿次，使我国成为_______之后第三个拥有高速计算机的国家。

21、指令字长度有______、______、______三种形式。

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

23、数组多路通道允许________个设备进行________型操作，数据传送单位是________
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、兼容：
27、1游程长度受限制的代码。

28、相对转移：
29、水平型微指令：
四、简答题
30、简要说明程序中断接口中IM、IR、EI、RD、BS五个触发器的作用。

31、CPU主要有哪些基本功能？CPU主要由哪些基本部件构成？
32、在计算机中，CPU管理外围设备有几种方式？
33、什么是指令字长、机器字长和存储字长？
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、设主存容量为lMB，Cache容量为l6KB，每字块有16个字，每字32位，且按字节编址。

1）若Cache采用直接映射，试求主存地址字段中各段的位数。

2）若Cache采用4路组相联映射，试求主存地址字段中各段的位数。

六、综合题
37、在信号处理和科学的应用中，转置矩阵的行和列是一个很重要的问题。

从局部性的角度来看，它也很有趣，因为它的引用模式既是以行为主的，也是以列为主的，例如，考虑下面的转置函数：
1.Tped ef int array a[2][2]；
2.
3 .void transposel（array dst，array src）
4.{
5. int i，j；
6.for（i=0；i<2；1++）{
7. for（j=0；j<2；j++）{
8. dst[j] [i]=src[i] [j]；
9. }
10. }
11. }
假设在一台具有如下属性的机器上运行这段代码：
sizeof（int）==4。

src数组从地址0开始，dst数组从地址16开始（十进制）。

只有一个L1数据高速缓存，它是直接映射的、直写、写分配，块大小为8个字节。

这个高速缓存总的大小为16个数据字节，一开始是空的。

对src和dst数组的访问分别是读和写不命中的唯一来源。

问题如下：
1）对每个row和col，指明对src[row][col]和dstfrow][col]的访问是命中（h）还是不命中（m），例如，读src[0][0]会不命中，写dst[0][0]也不命中，并将结果填至下列表格中。

2）对于一个大小为32数据字节的高速缓存，指明src和dst的访问命中情况，并将结果填至下列表格中。

38、设某机有4个中断源A、B、C、D.其硬件排队优先顺序为A>B>C>D，现要求将中断处理顺序改为D>A>C>B。

1）写出每个中断源对应的屏蔽字。

2）按图所示的时间轴给出的4个中断源的请求时刻，画出CPU执行程序的轨迹。

设每个中断源的中断服务程序时间均为20s。

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、A
2、A
3、D
4、D
5、D
6、C
7、D
8、A
9、D
10、B
11、C
12、B
13、A
14、A
15、A
二、填空题
16、二进制代码地址码
17、存取时间存储周期存储器带宽
18、寄存器一寄存器型寄存器一存储器型
19、真值偏移量
20、1万亿神威美国、日本
21、单字长半字长双字长
22、主设备控制权总线仲裁
23、1（单）传输数据块
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、兼容：
计算机部件的通用性。

27、1游程长度受限制的代码。

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、水平型微指令：
一次能定义并执行多个并行操作控制信号的微指令。

四、简答题
30、答：它们的作用是：中断屏蔽触发器（IM）：CPU是否受理中断或批准中断的标志。

IM标志为“0”时，CPU可受理外界中断请求。

中断请求触发器（IR）：暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。

IR标志为“1”
时表示设备发出了中断请求。

允许中断触发器（EI）：用程序指令来置位，控制是否允许某设备发出中断请求。

EI为“1”时，某设备可以向CPU发出中断请求。

准备就绪的标志（RD）：一旦设备做好一次数据的接受或发送，便发出一个设备动作完
毕信号，使RD标志为“1”。

工作触发器：（BS）：设备“忙”的标志，表示设备正在工作。

31、答：（1）主要由控制器，运算器两部分组成（2）指令控制、操作控制、数据运算、异常处理和中断；
32、答：CPU管理外围设备有五种方式：（1）程序查询方式（2）程序中断方式（3）直接内存访问（DMA）方式（4）通道方式（5）外围处理机方式
33、答：机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

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）若Cache采用直接映射。

由于每个字块含有16个字（64B），且按字节编址，因此字块内的位数（块内地址位数）为6位。

另外，由于Cache中含有256个块（16KB/16×4B），因此字块地址位数为8位。

主存容量1MB，说明总位数为20位，因此主存字块标记位数为20-6-8=6位。

主存的地址格式如下：
2）若Cache采用4路组相联映射。

同理，块内地址位数为6位。

由于采用4路
组相联映射，即每组4块，因此一共有64组，即组号需要6位。

很容易得到主存
字块标记位数为20-6-6=8位。

主存的地址格式如下：
六、综合题
37、解析：
1）解决这个问题的关键是想象出如图所示的关系图。

注意：每个高速缓存行只包含数组的一个行，高速缓存正好只够保存一个数组，而且对王所有isrc和dst的行i都映射到同一个高速缓存行（0%2=0，1%2=1，2%2=0，3%2=1）。

因为高速缓存不够太，不足以容纳这两个数组，所以对一个数组的引用总是驱逐出另一个数组的有用的行。

具体过程如下：
dst[j] [i]=src[i] [j]语包先访问 src[i][i]再将其存储到dst[j] [i]
说明如下：
①访问src[0][0]，不命中，将src[0]调入高速缓存的Line0。

②访问dst[0][0]，不命中，将dst[0]调入高速缓存的Line0，换出src[0]。

③访问src[0][1]，不命中，将src[0]调入高速缓存的Line0，换出dst[0]。

④……
2）当高速缓存为32B时，它足够大，能容纳这两个数组。

因此所有不命中都是开始时的不命中。

关系如图所示。

38、解析：
1）在中断处理顺序改为D>A>C>B后，每个中断源新的屏蔽字如图所示。

2）根据新的处理顺序，CPU执行程序的轨迹如图所示。

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。