2021年河南大学计算机应用技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年河南大学计算机应用技术专业《计算机组成原理》科目期末试
卷A（有答案）
一、选择题
1、某C语言程序段如下：
for（i=0；i<9；i++）{
temp=1；
for（j=0；j<=i；j++）
temp+=a[J]；
sum+=temp；
}
下列关于数组a的访问局部性的描述中，正确的是（）。

A.时间局部性和空间局部性皆有
B.无时间局部性，有空间局部性
C.有时间局部性，无空间局部性
D.时间局部性和空间局部性皆无
2、若单译码方式的地址输入线为6，则译码输出线有（）根，那么双译码方式有输出线（）根。

A.64，16
B.64，32
C.32，16
D.16，64
3、下列编码中，能检测出所有长度小于或等于校验位（检测位）长度的突发错的校验码是（）。

A.循环冗余校验码
B.海明码
C.奇校验码
D.偶校验码
4、信息序列16位，若想构成能纠正一位错、发现两位错的海明码，至少需要加（）位校验位。

A.4
B.5
C.6
D.7
5、4位机器内的数值代码，则它所表示的十进制真值可能为（）。

I.16 Ⅱ.-1 Ⅲ.-8 V.8
A. I、V、Ⅲ
B.IⅡ、IⅣ
C.Ⅱ、Ⅲ、IV
D.只有V
6、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
7、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
8、下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是（）。

1.提高CPU时钟频率Ⅱ.优化数据通路结构ll.对程序进行编译优化
A.仪I、Ⅱ
B.仅I、Ⅲ
C.仅Ⅱ、I
D.I、Ⅱ、Ⅲ
9、在计算机系统中，表明系统运行状态的部件是（）。

A.程序计数器
B.指令寄存器
C.程序状态字
D.累加寄存器
10、微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。

A.一条机器指令由一条微指令来执行
B.一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行
C.一段机器指令组成的程序可由一个微程序来执行
D.每一条微指令由一条机器指令来解释执行
11、在取指操作结束后，程序计数器中存放的是（）。

A.当前指令的地址
B.程序中指令的数量
C.下一条指令的地址
D.已经执行指令的计数值
12、用二地址指令来完成算术运算时，其结果一般存放在（）。

A.其中一个地址码提供的地址中
B.栈顶
C.累加器（ACC）中
D.以上都不对
13、假定编译器对C源程序中的变量和MIPS中寄存器进行了以下对应：变量f、g、h、
i、i分别对应给寄存器$s0，$s1，$s2，$s3，$s4，并将一条C赋值语句编译后生成如下汇编代码序列：
add $s0,$s1,$s2，
add $t1,$s3,$s4
sub $s0,$t0,$t1
请问这条C赋值语句是（）。

A. f=（g+i）-（h+i）
B. f=（g+j）-（h+i）
C. f=（g+ h）-（j +i）
D. f=（j +i）-（g+ h）
14、在采用中断I/0方式控制打印输出的情况下，CPU和打印控制接口中的I/O端口之间交换的信息不可能是（）。

A.打印字符
B.主存地址
C.设备状态
D.控制命令
15、下列选项中，（）不是发生中断请求的条件。

A.一条指令执行结束
B.一次I/O操作结束
C.机器内部发生故障
D.一次DMA操作结束
二、填空题
16、CPU能直接访问_______和_______，但不能直接访问磁盘和光盘。

17、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。

18、闪速存储器特别适合于_______微型计算机系统，被誉为_______而成为代替磁盘的一种理想工具。

19、CPU能直接访问______和______但不能直接访问磁盘和光盘。

20、中断处理过程可以嵌套进行，_________的设备可以中断_________的中断服务程序。

21、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。

22、堆栈是一种特殊的_______寻址方式，它采用_______原理。

按构造不同，分为寄存器堆栈和_______堆栈。

23、多媒体CPU是带有_______技术的处理器，它是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于_______处理。

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

25、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。

三、名词解释题
26、上溢：
27、消息传输方式：
28、绝对转移：
29、音频合成：
四、简答题
30、什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？
31、计算机CPU中有哪些类型的寄存器？这些寄存器有什么功能？
32、什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么关系？
33、什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？
五、计算题
34、设浮点数字长为16位，其中阶码5位（含一位阶符），尾数11位（含一位数符），将十进制数+13/128写成：二进制定点数和浮点数，并分别写出它在定点机和浮点机中的机器数形式。

35、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？
36、某32位计算机，CPU主频为800MHz，Cache命中时的CPI为4，Cache块大小为32B；主存采用8体交叉存储方式，每个体的存储字长为32位、存储周期为40ns；存储器总线宽度为32位，总线时钟频率为200MHz，支持突发传送总线事
务。

每次读突发传送总线事务的过程包括送首地址和命令、存储器准备数据和传送数据。

每次突发传送32B，传送地址或32位数据均需一个总线时钟周期。

请回答下列问题，要求给出理由或计算过程。

1）CPU和总线的时钟周期各为多少？总线的带宽（即最大数据传输率）为多少？2）Cache缺失时，需要用几个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取？3）存储器总线完成一次读突发传送总线事务所需的时间是多少？
4）若程序BP执行过程中，共执行了100条指令，平均每条指令需进行1.2次访存，Cache缺失率为5%，不考虑替换等开销，则BP的CPU执行时间是多少？
六、综合题
37、某机采用微程序控制方式，微指令字长为24位，采用水平型字段直接编码控制方式和断定方式。

共有微命令30个，构成4个互斥类，各包含5个、8个、14个和3个微命令，外部条件共3个。

1）控制存储器的容量应为多少？
2）设计出微指令的具体格式。

38、假定在一个8位字长的计算机中运行如下类C程序段：
unsigned int x=134；
unsigned int y=246；
int m=x；
int n=y；
unsigned int z1=x-y；
unsigned int z2=x+y；
int k l=m-n；
int k2=m+n；
若编译器编译时将8个8位寄存器R1~R8分别分配至变量x、y、m、n、z l、z2、k l和k2，则回答下列问题（提示：带符号整数用补码表示）：
1）执行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的内容分别是什么（用十六进制
表示）？
2）执行上述程序段后，变量m和k1的值分别是多少（用十进制表示）？
3）上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算，这4种运算能
否利用同一个加法器及辅助电路实现？简述理由。

4）计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出？上述程
序段中，哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出？
39、某计算机采用16位定长指令字格式，其CPU中有一个标志寄存器，其中包
含进位/借位标志CF、零标志ZF和符号标志NF。

假定为该机设计了条件转移指令，其格式如图所示。

其中，00000为操作码OP；C、Z和N分别为CF、ZF和NF的对应检测位，某检测
位为l时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有一个为1就转移，否则不转移，例如，若C=l，Z=0，N=1，则需检测CF和NF的值，当CF=l或NF=1时发生
转移；OFFSET是相对偏移量，用补码表示。

转移执行时，转移目标地址为（PC）+2+2×OFFSET；顺序执行时，下条指令地址为（PC）+2。

请回答下列问题。

1）该计算机存储器按字节编址还是按字编址？该条件转移指令向后（反向）最多
可跳转多少条指令？
2）某条件转移指令的地址为200CH，指令内容如图所示，若该指令执行时CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后PC的值是多少？若该指令执行时CF=1，ZF=0，NF=0，则该指令执行后PC的值又是多少？请给出计算过程。

3）实现“无符号数比较小于等于时转移”功能的指令中，C、Z和N应各是什么？
4）下图是该指令对应的数据通路示意图，要求给出图中部件①~③的名称或功能说明
参考答案
一、选择题
1、A
2、A
3、A
4、C
5、D
6、A
7、A
8、D。

“
9、C
10、B
11、C
12、A
13、C
14、B
15、A
二、填空题
16、cache 主存
17、系统软件应用软件系统软件
18、便携式固态盘
19、cache 主存
20、优先级高优先级低
21、资源数据控制
22、数据先进后出存储器
23、MMX 图像数据
24、先行阵列流水线
25、先进后出寄存器存储器
三、名词解释题
26、上溢：
指数的绝对值太大，以至大于数据编码所能表示的数据范围，
27、消息传输方式：
总线的信息传输方式之一，将总线需要传送的数据信息、地址信息，和控制信息等组合成一个固定的数据结构以猝发方式进行传输。

28、绝对转移：
一种形成才转移目标地址的方式，转移指令的目标指令地址是由有效地址直接指定，与PC寄存器的内容无关。

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：指令周期是指取出并执行完一条指令所需的时间。

由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大，因此为了提高CPU运行效率，即使在同步控制的机器中，不同指令
的指令周期长度都是不一致的，也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。

31、答：在计算机的运行过程中，cpu接到跟紧急的服务请求而暂停执行的现行程序转而去执行终端服务程序，已处理随机事件，执行完毕后又恢复源程序的执行；
32、答：指令，即指机器指令。

每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。

控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令，而
一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。

许多条微指令组成的序列构成
了微程序，微程序则完成对指令的解释执行。

33、答：CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写。

其特点是：⑴指令系统复杂庞大，指
令数目一般多达2，3百条。

⑵ 寻址方式多⑶指令格式多⑷指令字长不固定⑸ 可访存指
令不加限制⑹各种指令使用频率相差很大⑺各种指令执行时间相差很大⑻大多数采用微程
序控制器
五、计算题
34、解析：假设x=+13/128其二进制形式可以表示为：x=0.0001101000。

定点数表示：x=0.0001101000。

浮点数规格化表示：x=0.1101000000×2-11"。

定点机中：[x]原=[x]补=[x]反=0.0001101000。

浮点机中：
[x]原=1，0011；0.1101000000。

[x]补=1，1101；0.1101000000。

[x]反=1，1100；0.1101000000。

35、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。

36、解析：
1）CPU的时钟周期为1/800MHz=1.25ns。

总线的时钟周期为1/200MHz=5ns。

总线带宽为4B×200MHz=800MB/s或4B/5ns=800MB/s。

2）因为每次读突发传送32B，而Cache块大小恰好是32B，所以只需要1个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取。

3）一次读突发传送总线事务包括一次地址传送和32B数据传送：用1个总线时钟周期传输地址，即5ns；首先，根据低位交叉存储器的工作原理，数据全部读出需要40ns+（8-1）×5ns=75ns。

但是，在第40ns时，数据的读取与传输是可以重叠的，所以只需要加上最后一个体读出的数据的传输时间即可，即5ns。

故读突发传送总线事物时间为5ns+75ns+5ns=85ns。

4）BP的CPU执行时间包括Cache命中时的指令执行时间和Cache缺失时带来的额外开销。

命中时的指令执行时间：100×4×l.25ns=500ns。

指令执行过程中Cache缺失时的额外开销：1.2×100×5%×85ns=510ns。

可得，BP的CPU执行时间：500ns+510ns=1010ns。

六、综合题
37、解析：微指令字长为24位，操作控制字段被分为4组，第1组3位（表示5个微命令）.第2组4位，（表示8个微命令），第3组4位（表示14个微命令），第4组2位（表示3个微命令）；判断测试条件字段2位，下地址字段9位。

1）因为下地址字段有9位，所以控制存储器的容量为29×24位。

2）微指令的具体格式如图所示。

38、解析：
1）寄存器R1存储的是134，转换成二进制为10000110B，即86H。

寄存器R5存储的是x-y的内容，x-y=-112，转换成二进制为10010000B，即90H。

寄存器R6存储的是x+y的内容，x+y=380，转换成
二进制为101111100B（前面的进位含弃），即7CH。

由于计算机字长为8位，因此无符号整数能表示
的范围为0～255，而x+y=380，故溢出。

2）m二进制表示为10000110B，由于m是int型，因此最高位为符号位，可以得出m的原码为11111010（对10000110除符号位取反加1），即-122。

同理，n的二进制表示为11110110B，故n的
原码为10001010，转成十进制为-10。

因此，k1=-122-（-10）=-112。

3）参考答案：可以利用同一个加法器及辅助电路实现。

因为无符号整数和有符号整数都是以补码
形式存储，所以运算规则都是一样的。

但有一点需要考虑，由于无符号整数和有符号整数的表示范围是
不一样的，因此需要设置不一样的溢出电路。

4）至于内部如何判断溢出，可参考前面的总结。

带符号整数只有k2会发生溢出。

分析：8位带符
号整数的补码取值范围为-128~+127，而k2-m+n=-122-10--132，超出范围。

而kl=-112，在范围-128~+127之内。

39、解析：l）因为指令字长为16位，且下条指令地址为（PC）+2，故编址单位
是字节。

偏移OFFSET为8位补码，范围为-128~127，将-128代入转移目标地址计算
公式，可以得到（PC）+254=（PC）+127×2，故该条件转移指令向后（反向）
最多可跳转127条指令。

2）指令中C=0，Z=1，N=1，故应根据ZF和NF的值来判断是否转移。

当CF=0，ZF=0，NF=1时，需转移。

已知指令中偏移量为11100011B=E3H，符号扩展后为FFE3H，左移一位（乘2）后为FFC6H，故PC的值（即转移目标地址）为200CH+2+FFC6H=1FD4H。

当CF=1，ZF=0，NF=0时不转移。

PC的值为：200CH+2=200EH。

3）指令中的C、Z和N应分别设置为C=Z=l，N=0（参考常见寻址方式最后的补充知识点）。

4）部件①：指令寄存器（用于存放当前指令）；部件②：移位寄存器（用于左移一位）；部件③：加法器（地址相加）。