2021年武汉工程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年武汉工程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、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
2、一般来说，变址寻址经常和其他寻址方式混合在起使用，设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先间址寻址再变址寻址的方式，则这种寻址方式的有效地址为（）。

A.EA=D+（IX）
B.EA=（D）+（IX）
C.EA=（D+（IX））
D.EA=D+IX
3、一个浮点数N可以用下式表示：
N=mr me，其中，e=rc g；
m：尾数的值，包括尾数采用的码制和数制：
e：阶码的值，一般采用移码或补码，整数；
Tm：尾数的基；
re：阶码的基；
p：尾数长度，这里的p不是指尾数的：进制位数，
当ra=16时，每4个二进制位表示一位尾数；
q：阶码长度，由于阶码的基通常为2，因此，在一般情况下，q就是阶码部分的二进制位数。

研究浮点数表示方式的主要目的是用尽量短的字长（主要是阶码字长q和尾数字长的和）实现尽可能大的表述范围和尽可能高的表数精度。

根据这一目的，上述6个参数中只有3个参数是浮点数表示方式要研究的对象，它们是（）。

A.m、e、rm
B. rm、e、rm
C.re、p、q
D. rm、p、q
4、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
5、在补码加减交替除法中，参加操作的数和商符分别是（）。

A.绝对值的补码在形成商值的过程中自动形成
B.补码在形成商值的过程中自动形成
C.补码由两数符号位“异或”形成
D.绝对值的补码由两数符号位“异或”形成
6、某机器的主存储器共32KB，由16片16K×l位（内部采用128×128存储阵列）的DRAM芯片字和位同时扩展构成。

若采用集中式刷新方式，且刷新周期为2ms，那么所有存储单元刷新一遍需要（）个存储周期。

A.128
B.256
C.1024
D.16384
7、假定主存地址为32位，按字节编址，主存和Cache之间采用直接映射方式，主存块大小为4个字，每字32位，采用写回（Write Back）方式，则能存放4K字数据的Cache的总容量的位数至少是（）。

A.146K
B.147K
C.148K
D.158K
8、CPU中的译码器要用（）。

A.地址译码人
B.指令译码
C.数据译码1
D.控制信号译码
9、计算机（）负责指令译码。

A.算术逻辑单元
B.控制单元（或者操作码译码器）
C.存储器电路
D.输入/输出译码电路
10、在计数器定时查询方式下，正确的描述是（）。

A.总线设备的优先级可变
B.越靠近控制器的设备，优先级越高
C.各设备的优先级相等
D.对硬件电路故障敏感
11、在异步通信方式中，一个总线传输周期的过程是（）。

A.先传送数据，再传送地址
B.先传送地址，再传送数据
C.只传输数据
D.无法确定
12、关于通用寄存器，下列说法正确的是（）。

A.可存放指令的寄存器
B.可存放程序状态字的寄存器
C.本身具有计数逻辑与移位逻辑的寄存器
D.可存放运算结果的寄存器
13、从一条指令的启动到下一条指令启动的时间间隔称为（）
A.时钟周期
B.机器周期
C.节拍
D.指令周期
14、若每个汉字用16×16的点阵表示，7500个汉字的字库容量是（）
A.16KB
B.240KB
C.320KB
D.IMB
15、某计算机系统中，假定硬盘以中断方式与处理器进行数据输入/输出，以16位为传
输单位，传输率为50KB/s，每次传输的开销（包括中断）为100个CPU时钟，处理器
的主频为50MHz，请问硬盘数据传送时占处理器时间的比例是（）。

A.10%
B.56.8%
C.5%
D.50%
二、填空题
16、存储_______并按_______顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理。

17、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。

18、闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，因此作为_______用
于便携式电脑中。

19、流水CPU中的主要问题是________相关、________相关和________相关，为此需要采
用相应的技术对策，才能保证流水畅通而不断流。

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、并行I/O接口______和串行I/O接口______是目前两个最具有权威性的标准接口技术。

22、微程序设计技术是利用________方法设计________的一门技术。

23、·计算机硬件包括_________、_________、_________适配器，输入/输出设备。

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、主存储器容量通常以KB表示，其中K=______；硬盘容量通常以GB表示，其中
G=______
三、名词解释题
26、块表：
27、型微指令：
28、软件：
29、音频合成：
四、简答题
30、何谓分布式仲裁方式？
31、简述计算机控制器的功能和执行一条指令所需的步骤。

32、总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？
33、将指令按功能分类，一般可分为哪几类？按操作数个数分类，又可将指令分为哪几
五、计算题
34、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？
35、用一个时钟频率为40MHz的处理器执行标准测试程序，它所包含的混合指令数和响应所需的时钟
周期见表。

试求出有效的CPI、MIPS速率和程序的执行时间（假设有N条指令）。

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、一个程序员在一台字长为32位的计算机上，写出下面的代码，从计算机计算能力是否充分利用的角度来看，该代码是否高效，如果高效请说明原因，如果还有缺点请指出，并提出解决方法并附上改进后的代码。

（char为8位存储空间，int为32位存储空间）
int compare（char*A，char*B）
if（A==B）
return strlen（A）；
int len，i；
if（strlen（A）>strlen（B））
1en=strlen（A）；
else
1en=strlen（B）；
for（i=0；i<len&&A[i]=B[i]；i++）；return i；
38、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？
39、在一个8级中断系统中，硬件中断响应从高到低的优先顺序是：
1→2→3→4→5→6-7-8，设置中断屏蔽寄存器后，中断处理的优先顺序变为
1→5→8→3→2→4→6→7。

1）应如何设置屏蔽码？
2）如果CPU在执行一个应用程序时有5、6、7级3个中断请求同时到达，中断请求8在6没有处理完以前到达，在处理8时中断请求2又到达CPU，试画出CPU响应这些中断的顺序示意图。

参考答案
一、选择题
1、B
2、B。

先间址后变址，这里需要理清“先间址”的这个间址指的是D，而不是1X，如果是IX的话那就变成了寄存器间接寻址了
3、D
4、D
5、B
6、A
7、C
8、B
9、B
10、A
11、B
12、D
13、D
14、B
15、C
二、填空题
16、程序地址
17、输入编码内码字模码
18、瞬时启动固态盘
19、资源数据控制
20、程序地址
21、SCSI IEEE1394
22、软件操作控制器
23、运算器存储器控制器
24、输入编码（或输入码）内码（或机内码）字模码
25、210 230
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、型微指令：
一种微指令类型，设置微操作码字段，采用微操作码编码法，由微操作码规定微指令的功能。

28、软件：
由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。

29、音频合成：
使计算机能够朗读文本或者演奏出音乐的过程，如将文字信息转化成语音信息，或者将MIDI数据文件转化成音乐信号。

四、简答题
30、答：分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础的仲裁方式。

它不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。

当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。

如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。

最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上
31、解析：控制器部件是计算机的五i大功能部件之一，其作用是向整机的每个部件（包括控制器部件木身）提供协同运行所需要的控制信号。

计算机最本质的功能是连续执行指令，而每一条指令往往又要分成几个执行步骤才得以完成。

因此又可以说，计算机控制器的基本功能是依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，形成（或称得到）并提供出在这一时，刻整机各部件要用到的控制信号。

执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令3个阶段，控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。

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、解析：条件相对转移指令，指令中给出操作码和相对转移偏移值，条件转移要依据转移判断条件。

指令的执行步骤如下：
1）程序计数器（PC）的内容送地址寄存器。

2）读内存，读出内容送指令寄存器（IR），PC内容自增1。

3）执行条件转移指令时要判别指定的条件，若为真，则执行：尚未修改的PC（自增1之前的值）内容送ALU，相对转移偏移值送ALU，ALU执行加操作，结果送入PC.否则顺序地进入下一条指令的执行过程。

五、计算题
34、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。

35、解：CPI即执行一条指令所需的时钟周期数。

本标准测试程序共包含4种指令，那么CPl就是这4种指令的数学期望，故
CPl=1×60%+2×18%+4×12%+8×10%=2.24
MIPS即每秒执行百万条指令数。

已知处理器的时钟频率为40MHz，即每秒包含40M个时钟周期，故
MIPS=40/CPl=40/2.24≈17.9
程序执行时间自然就等于程序包含的指令数×CP1x时钟周期的长度，
故程序执行时间=N×2.24×1/40MHz=5.6N×10-8s
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：
本函数最主要的操作就是A[]=B]，但由于A]和B]都是char类型的，故每次用32位的运算器来进行char变量的比较，都是将char变量转换为int类型后进行比较的。

这其实浪费了运算器3/4的运算能力。

所以改进方法就是，一次比较连续的4个char变量，代码如
int compare（char*a，char*B）
if（A==B）
return strlen（A）；
int*a，*b；
char*al，*b1；
a=（int*）A；
b=（int*）B；
while（*a++==*b++）；
a1=（char*）--a；
b1=(char*)--b;
while(*al++==*b1++);
--b1;
return b1-B;
}
38、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。

39、解析：
1）中断屏蔽码见表
2）中断处理示意图如图所示。

5、6、7级中断请求同时到达，CPU按响应优先顺序首先执行中断服务程序
⑤，在中断⑤执行完后回到现行程序，再按响应优先顺序先进入中断服务程序④。

由于中断请求的处理优先级，高于中断④，因此中断⑤被打断，进入中断服务程序③。

当处理中断③的过程中又有一个中断请求②到达，由于②的优先级低于中断8，因此中断服务程序③可继续执行。

中断8执行完后问到被打断的中断⑤，但中断③
又被中断请求②打断，而进入中断服务程序②。

中断②执行完后才回到中断⑤，中断⑤执行完后回到现行程序，再按响应优先顺序进入中断服务程序⑦。

中断⑦执行完后回到现行程序，整个中断处理完毕。