《计算机组成原理》课程作业

课程作业
第一次作业
1．冯·诺伊曼型计算机的主要特点是什么？
2．现代计算机系统如何进行多级划分？
3．如何理解“软件与硬件的逻辑等价性”？
4．写出下列各数的原码、反码、补码表示（用8位二进制数）。

其中MSB是最高位（又是符号位），LSB是最低位。

如果是小数，小数点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB 之后
(1)-35/64 (2)11/128 (3)用小数表示-1 (4)用整数表示-1
5．有一个字长为32位的浮点数，符号位1位；阶码8位，用移码表示；尾数23位，用补码表示；基数为2。

请写出：(1)最大数的二进制表示，(2)最小数的二进制表示，(3)规格化数所能表示的数的范围。

6．将十进制数-27/64表示成32位浮点规格化数，格式同第5题所示。

7．已知x＝0.11011，y=-0.10101，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。

8．已知x＝0.11011，y=-0.11111，用变形补码计算x-y，同时指出结果是否溢出。

9．某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1，低位来的进位信号为C0，请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。

(1)串行进位方式(2)并行进位方式
10．一个定点数由______和______两部分组成。

根据小数点位置不同，定点数有______和纯整数之分。

第二次作业
1．设一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：
(1)该存储器能存储多少个字节的信息？
(2)如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少片？
(3)需要多少位地址作芯片选择？
2．已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：
(1)若每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？
(2)每个模块板内共有多少DRAM芯片？
(3)主存共需多少DRAM芯片？CPU如何选择各模块板？
3．用16K×8位的DRAM芯片构成64K×32位存储器，要求：
(1)画出该存储器的组成逻辑图。

(2)设存储器读/写周期为0.5μs，刷新周期2ms，CPU在1μs内至少要访存一次。

试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？
4．用32K×8位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器，试问：
(1)数据寄存器多少位？
(2)地址寄存器多少位？
(3)共需多少个EPROM芯片？
(4)画出此存储器组成框图。

5．设存储容量为64M，字长为64位，模块数m=8，分别用顺序和交叉方式进行组织。

存储周期T＝100ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ＝50ns。

求：顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？
6．CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期200ns，求的效率和平均访问时间。

7．已知cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，cache/主存系统平均访问时间为50ns，求cache的命中率是多少？
8．主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？
9．假设可供用户程序使用的主存容量为200KB，而某用户的程序和数据所占的主存容量超过200KB，但小于逻辑地址所表示的范围。

请问：具有虚存与不具有虚存对用户有何影响？
10．假设主存只有a，b，c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0，1，2，4，2，3，0，2，1，3，2号。

用列表法求采用LRU替换策略时的命中率。

11．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：
A．多体交叉存储主要解决扩充容量问题。

B．访问存储器的请求是由CPU发出的。

C．cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于cache。

D．cache的功能全部由硬件实现。

12．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：
A．在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大的多的外存空间编程。

B．在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址由硬件实现的，仅在页面实效时才由操作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面
内容写入外存。

C．存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防治一个用户程序出错而破坏系统软件或其他用户程序，又要防止一个用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全和保密的要求。

第三次作业
1．假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6位表示。

问：若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？2．指令格式结构如下图所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

3．指令格式结构如下图所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

4．指令格式结构如下图所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

5．一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。

I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。

设R为变址寄存器，R1为基址寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。

6．某计算机字长为16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。

7．从以下有关RISC的描述中，选择正确答案。

A．采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。

B．为了实现兼容，新设计的RISC，是从原来CISC系统的指令系统中挑选一部分实现
的。

C ．RISC 的主要目标是减少指令数。

D ．RISC 设有乘、除法指令和浮点运算指令。

8． 根据操作数所在位置，指出其寻址方式：
(1)操作数在寄存器中，为______寻址方式。

(2)操作数地址在寄存器中，为______寻址方式。

(3)操作数在指令中，为______寻址方式。

(4)操作数地址（主存）在指令中，为______寻址方式。

(5)操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是______、______、______寻址方式。

9． 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，______，______。

10． 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。

第四次作业
1． 请在括号内填入适当答案。

在CPU 中：
（1）保存当前正在执行的指令的寄存器是______；（2）保存当前正在执行的指令地址的寄存器是______；（3）算术逻辑运算结果通常放在______和______。

2． 假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是
所有指令公用的。

已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。

3． 微地址转移逻辑表达式如下：
其中μA6-μA8为微地址寄存器相应位，P1和P2为判别标志，C 为进位标志，IR5和IR6为指令寄存器的相应位，T4为时钟周期信号。

说明上述逻辑表达式含义，画出微地址转移逻辑图。

4． 已知某机采用微程序控制方式，控存容量为512×48位。

微程序可在整个控存中实现转
移，控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式。

请问：
（1）微指令中的三个字段分别应多少位？
（2）说出微程序控制器的组成及各部分功能。

5． 比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。

6． 说明总线结构对计算机系统性能的影响。

7． 同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率，是因为同步通信______。

A ．不需要应答信号
B ．总线长度较短
C ．用一个公共时钟信号同步
D ．各部件存取时间比较接近 8． 在集中式总线仲裁中，______方式响应时间最快，______方式对______最敏感。

A ．菊花链 B ．独立请求 C ．电路故障
D 计数器定时查询 4264
5174
618T C P A T IR P A T IR P A ∙∙=∙∙=∙∙=μμμ
9．采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有一位奇校验位、1位起始位和1位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送率为______。

A．960 B．873 C．1371 D．480
10．CPU从______取出一条指令并执行这条指令的时间和称为______。

由于各种指令的操作功能不同，各种指令的指令周期是______。

11．并行处理技术已成为计算计技术发展的主流。

它可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段。

概括起来，主要有三种形式______并行；______并行；______并行。

12．PCI总线采用______仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与______相连。

第五次作业
1．计算机的外围设备是指 ______。

A．输入/输出设备B．外存储器
C．输入/输出设备及外存储器D．除了CPU和内存以外的其他设备
2．打印机根据印字方式可以分为______和______两大类，在______类打印机中，只有型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。

A．针型打印机B．活字型打印机C．击打式D．非击打式
3．一光栅扫描图形显示器，每帧有1024×1024像素，可以显示256种颜色，问刷新存储器容量至少需要多大？
4．某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录面，每道记录信息为12288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。

问：
（1）磁盘存储器的存储容量是多少？
（2）最高位密度是多少？
（3）磁盘数据传输率是多少？
5．下列陈述中正确的是。

A．在DMA周期内，CPU不能执行程序
B．中断发生时，CPU首先执行入栈指令将程序计数器内容保护起来
C．DMA传送方式中，DMA控制器每传送一个数据就窃取一个指令周期
D．输入输出操作的最终目的是要实现CPU与外设之间的数据传输
6．比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。

7．直接内存访问（DMA）方式中，DMA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。

8．DMA 控制器按其______结构，分为______型和______型两种。

9．总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？
10．画出中断处理过程流程图。

11．。