2020年計算機(jī)組成原理-本科生期末試卷(一)完整答案

1、本科生期末試卷（一）一、選擇題（每小題1分，共15分）1 從器件角度看，計算機(jī)經(jīng)歷了五代變化。但從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，至今絕大多數(shù)計算機(jī)仍屬于（馮諾依曼）計算機(jī)。2 某機(jī)字長32位，其中1位表示符號位。若用定點整數(shù)表示，則最小負(fù)整數(shù)為（ ）。 A -(231-1) B -(230-1) C -(231+1) D -(230+1)3 以下有關(guān)運算器的描述，（算術(shù)運算與邏輯運算）是正確的。4 EEPROM是指（電擦除可編程只讀存儲器）。 5 常用的虛擬存儲系統(tǒng)由（主存-輔存）兩級存儲器組成，其中輔存是大容量的磁表面存儲器。6 RISC訪內(nèi)指令中，操作數(shù)的物理位置一般安排在（兩個通用寄存器）。7 當(dāng)前的CP

2、U由（控制器、運算器、cache）組成。8 流水CPU是由一系列叫做“段”的處理部件組成。和具備m個并行部件的CPU相比，一個m段流水CPU的吞吐能力是（具備同等水平）。9 在集中式總線仲裁中，（獨立請求）方式響應(yīng)時間最快。10 CPU中跟蹤指令后繼地址的寄存器是（程序計數(shù)器）。11 從信息流的傳輸速度來看，（單總線）系統(tǒng)工作效率最低。12 單級中斷系統(tǒng)中，CPU一旦響應(yīng)中斷，立即關(guān)閉（中斷屏蔽）標(biāo)志，以防止本次中斷服務(wù)結(jié)束前同級的其他中斷源產(chǎn)生另一次中斷進(jìn)行干擾。13 安騰處理機(jī)的典型指令格式為（41位）位。14 下面操作中應(yīng)該由特權(quán)指令完成的是（從用戶模式切換到管理員模式）。15 下列各項

3、中，不屬于安騰體系結(jié)構(gòu)基本特征的是（超線程）。二、填空題（每小題2分，共20分） 1 字符信息是符號數(shù)據(jù)，屬于處理（非數(shù)值）領(lǐng)域的問題，國際上采用的字符系統(tǒng)是七單位的（ASCII）碼。 2 按IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，一個32位浮點數(shù)由符號位S（1位）、階碼E（8位）、尾數(shù)M（23位）三個域組成。其中階碼E的值等于指數(shù)的真值（e）加上一個固定的偏移值（127）。 3 雙端口存儲器和多模塊交叉存儲器屬于并行存儲器結(jié)構(gòu)，其中前者采用（空間）并行技術(shù)，后者采用（時間）并行技術(shù)。 4 虛擬存儲器分為頁式、（段）式、（段頁）式三種。 6 CPU從內(nèi)存取出一條指令并執(zhí)行該指令的時間稱為（指令周期），它常用若干個

4、（CPU周期）來表示。 7 安騰CPU中的主要寄存器除了128個通用寄存器、128個浮點寄存器、128個應(yīng)用寄存器、1個指令指針寄存器（即程序計數(shù)器）外，還有64個（推斷寄存器）和8個（分支寄存器）。 8 衡量總線性能的重要指標(biāo)是（總線寬度），它定義為總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率，單位是（MB/s）。 9 DMA控制器按其結(jié)構(gòu)，分為（選擇型）DMA控制器和（多路型）DMA控制器。前者適用于高速設(shè)備，后者適用于慢速設(shè)備。 10 64位處理機(jī)的兩種典型體系結(jié)構(gòu)是（英特爾64位體系結(jié)構(gòu)）和（安騰體系結(jié)構(gòu)）。前者保持了與IA-32的完全兼容，后者則是一種全新的體系結(jié)構(gòu)。三、簡答題（每小題8分，共16

5、分） 1 CPU中有哪幾類主要寄存器，用一句話回答其功能。1. 數(shù)據(jù)寄存器:其主要功能是作為CPU和主存、外設(shè)之間信息傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，用以彌補CPU和主存、外設(shè)之間操作速度上的差異。2. 指令寄存器:用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。3. 程序計數(shù)器:用來指出下一條指令在主存儲器中的地址。4. 地址寄存器:用來保存CPU當(dāng)前所訪問的主存單元的地址。5. 累加寄存器:當(dāng)運算器的算術(shù)邏輯單元ALU執(zhí)行算術(shù)或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區(qū)，可以為ALU暫時保存一個操作數(shù)或運算結(jié)果。6. 程序狀態(tài)字寄存器:用來表征當(dāng)前運算的狀態(tài)及程序的工作方式。 2 指令和數(shù)據(jù)都用二進(jìn)制代碼存放在內(nèi)存中，從時空觀角度

6、回答CPU如何區(qū)分讀出的代碼是指令還是數(shù)據(jù)。計算機(jī)可以從時間和空間兩方面來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在時間上，取指周期從內(nèi)存中取出的是指令，而執(zhí)行周期從內(nèi)存取出或往內(nèi)存中寫入的是數(shù)據(jù)，在空間上，從內(nèi)存中取出指令送控制器，而執(zhí)行周期從內(nèi)存從取的數(shù)據(jù)送運算器、往內(nèi)存寫入的數(shù)據(jù)也是來自于運算器四、計算題（10分）設(shè)x=-15，y=+13，數(shù)據(jù)用補碼表示，用帶求補器的陣列乘法器求出乘積xy，并用十進(jìn)制數(shù)乘法進(jìn)行驗證。解：設(shè)最高位為符號位，輸入數(shù)據(jù)為：x補=10001，y補=10011， 算前求補器輸出后 |x|=1111， |y|=1101 1111 1101 = 算后求補器輸出為，加上乘積符號0，最后得補碼乘

7、積值為，利 用補碼與真值的換算公式，補碼二進(jìn)制數(shù)的真值是 xy = 127+126+121+120=128+64+2+1 =+195 十進(jìn)制數(shù)乘法驗證：xy=(-15)(-13) =+195 五、證明題（12分） 用定量分析方法證明多模塊交叉存儲器帶寬大于順序存儲器帶寬。解：假設(shè)（1）存儲器模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度； （2）模塊存取一個字的存儲周期等于T； （3）總線傳送周期為； （4）交叉存儲器的交叉模塊數(shù)為m.。 交叉存儲器為了實現(xiàn)流水線方式存儲，即每經(jīng)過時間延遲后啟動下一模快，應(yīng)滿足 T = m, (1)交叉存儲器要求其?？鞌?shù)m,以保證啟動某模快后經(jīng)過m時間后再次啟動該?？鞎r，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣連續(xù)讀取m個字所需要時間為 t1 = T + (m 1)= m+ m= (2m 1) (2) 故存儲器帶寬為W1 = 1/t1 = 1/(2m-1) (3) 而順序方式存儲器連續(xù)讀取m個字所需時間為 t2 = mT = m2 (4) 存儲器帶寬為W2 = 1/t2 = 1/m2 (5) 比較(3)和(5)式可知，交叉存儲器帶寬W1 大于順序存儲器帶寬W2 七、分析計算題（