哈工大計(jì)算機(jī)組成原理試卷1及答案

1、哈工大 學(xué)年秋季學(xué)期計(jì)算機(jī)組成原理試試 題題一、填空（12 分）1. 某浮點(diǎn)數(shù)基值為 2，階符 1 位，階碼 3 位，數(shù)符 1 位，尾數(shù) 7 位，階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示，尾數(shù)采用規(guī)格化形式，用十進(jìn)制數(shù)寫出 它 所 能 表 示 的 最 大 正 數(shù)， 非 0 最 小 正數(shù)，最大負(fù)數(shù)，最小負(fù)數(shù)。2. 變址尋址和基址尋址的區(qū)別是：在基址尋址中，基址寄存器提供， 指令提供； 而在變址尋址中，變址寄存器提供，指令提供。3. 影響流水線性能的因素主要反映在和兩個方面。4. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長為 16 位（含 1 位符號位） 。若 1 次移位需 10ns，一次加法需10ns， 則補(bǔ)碼除法需時間， 補(bǔ)碼booth算法

2、最多需要時間。5. cpu從 主 存 取 出 一 條 指 令 并 執(zhí) 行 該 指 令 的 時 間叫，它通常包含若干個，而后者又包含若干個。組成多級時序系統(tǒng)。二、名詞解釋(8 分)1. 微程序控制2. 存儲器帶寬3. risc4.中斷隱指令及功能三、簡答（18 分）1. 完整的總線傳輸周期包括哪幾個階段？簡要敘述每個階段的工作。2. 設(shè)主存容量為 1mb，cache 容量為 16kb，每字塊有 16 個字，每字 32 位。(1)若 cache 采用直接相聯(lián)映像，求出主存地址字段中各段的位數(shù)。(2)若 cache 采用四路組相聯(lián)映像，求出主存地址字段中各段的位數(shù)。3. 某機(jī)有五個中斷源，按中斷響應(yīng)

3、的優(yōu)先順序由高到低為 l0,l1,l2,l3,l4，現(xiàn)要求優(yōu)先順序改為l3,l2,l4,l0,l1，寫出各中斷源的屏蔽字。中斷源l0l1l2l3l44. 某機(jī)主存容量為 4m16 位，且存儲字長等于指令字長，若該機(jī)的指令系統(tǒng)具備 120 種操作。操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、立即、相對四種尋址方式。（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；（2）該指令直接尋址的最大范圍；（3）一次間址的尋址范圍；（4）相對尋址的尋址范圍。屏蔽字01234四、 （6 分）設(shè)階碼取 3 位，尾數(shù)取 6 位（均不包括符號位） ，按浮點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則911計(jì)算25 + 24()1616五、畫出 dma 方式接口電

4、路的基本組成框圖，并說明其工作過程（以輸入設(shè)備為例） 。 （8 分）六、 （10 分）設(shè) cpu 共有 16 根地址線，8 根數(shù)據(jù)線，并用mreq作訪存控制信號，用r/w作讀寫控制信號，現(xiàn)有下列存儲芯片：ram：1k8 位、2k4 位、4k8 位rom：2k8 位、4k8 位以及 74138 譯碼器和各種門電路（自定） ，畫出 cpu 與存儲器連接圖。要求：（1）最大 4k 地址空間為系統(tǒng)程序區(qū)，與其相鄰 2k 地址空間為用戶程序區(qū)。（2）合理選用上述存儲芯片，說明各選幾片？寫出每片存儲芯片的地址范圍。（3）詳細(xì)畫出存儲芯片的片選邏輯。aia0pd/progrromcsdnd0g1y7g2ay

5、6g2bcbay074138aia0oeweramcsdnd0oe允許輸出we允許寫七、假設(shè)cpu 在中斷周期用堆棧保存程序斷點(diǎn)，且進(jìn)棧時棧指針減一，出棧時棧指針加一。試寫出中斷返回指令 （中斷服務(wù)程序的最后一條指令） ， 在取指階段和執(zhí)行階段所需的全部微操作命令及節(jié)拍安排。若采用微程序控制，則還需要增加哪些微操作。 （10 分）八、除了采用高速芯片外，從計(jì)算機(jī)的各個子系統(tǒng)的角度分析，指出 6 種以上提高整機(jī)速度的措施。 （8 分）計(jì)算機(jī)組成原理試試一、填空（12 分）題題 答答 案案1127；1/512；-1/512-1/32768；-128。2基地址；形式地址；基地址；形式地址。3訪存沖突

6、；相關(guān)問題。4300ns；310ns。5指令周期；機(jī)器周期；節(jié)拍。二、名詞解釋(8 分)1微程序控制答：采用與存儲程序類似的方法來解決微操作命令序列的形成，將一條機(jī)器指令編寫成一個微程序，每一個微程序包含若干條微指令，每一條指令包含一個或多個微操作命令。2存儲器帶寬答：每秒從存儲器進(jìn)出信息的最大數(shù)量，單位可以用字/秒或字節(jié)/秒或位/秒來表示。3risc答：risc 是精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，通過有限的指令條數(shù)簡化處理器設(shè)計(jì)，已達(dá)到提高系統(tǒng)執(zhí)行速度的目的。4中斷隱指令及功能答：中斷隱指令是在機(jī)器指令系統(tǒng)中沒有的指令， 它是 cpu 在中斷周期內(nèi)由硬件自動完成的一條指令， 其功能包括保護(hù)程序斷點(diǎn)、尋找

7、中斷服務(wù)程序的入口地址、關(guān)中斷等功能。三、簡答（18 分）1答：總線在完成一次傳輸周期時，可分為四個階段：申請分配階段：由需要使用總線的主模塊（或主設(shè)備）提出申請，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)決定下一傳輸周期的尋址階段：取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模塊（或從設(shè)備）的存儲地址或設(shè)傳數(shù)階段：主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊；總線使用權(quán)授于某一申請者；備地址及有關(guān)命令，啟動參與本次傳輸?shù)膹哪K；結(jié)束階段：主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。2答：（1）若 cache 采用直接相聯(lián)映像：字塊中含 64 個字節(jié)，字塊的位數(shù)為b=6。cache 中

8、含有 256 個字塊，所以字塊地址位數(shù)c=8。主存容量為 1m 字節(jié)，總位數(shù)為 20。主存字塊標(biāo)記位數(shù) t=6。（2）若 cache 采用四路組相聯(lián)映像，字塊中含 64 個字節(jié)，字塊的位數(shù)為b=6。每組含有四個字塊，每組含256 個字節(jié)。cache 中含有 64 個字塊，所以組地址位數(shù)q=6。主存容量為 1m 字節(jié)，總位數(shù)為 20。主存字塊標(biāo)記位數(shù) t=8。3答：設(shè)屏蔽位為“1”時表示對應(yīng)的中斷源被屏蔽，屏蔽字排列如下：中斷源l0l1l2l3l4屏蔽字0123401000000001100111101110004答：（1）指令字長 16 位，操作碼為 7 位，尋址特征位2 位，地址碼 7 位；

9、（2）-6463；（3）216；（4）216四、 （6 分）答：被加數(shù)為0,101;0.100100，x補(bǔ)=00,101; 00.100100加數(shù)為0,100;1.010100，y補(bǔ)=00,100; 11.010100（1）對階：j補(bǔ)=jx補(bǔ)- jy補(bǔ)=00,101+11,100=00,001即j=1，則 y 的尾數(shù)向右移一位，階碼相應(yīng)加1，即y補(bǔ)=00,101; 11.101010 求和sx+sy=sx+sy補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)=00.100100+11.101010=00.001110即x+y補(bǔ)=00,101; 00.001110尾數(shù)出現(xiàn)“00.0” ，需左規(guī)。 規(guī)格化左規(guī)后得x+y補(bǔ)=00,011;

10、 00.111000 x+y補(bǔ)= 00,111; 00.111000五、 （8 分）答：dma 方式接口電路的基本組成框圖如下：以數(shù)據(jù)輸入為例，具體操作如下： 從設(shè)備讀入一個字到 dma 的數(shù)據(jù)緩沖寄存器 br 中，表示數(shù)據(jù)緩沖寄存器“滿” （如果 i/o 設(shè)備是面向字符的，則一次讀入一個字節(jié)，組裝成一個字） ； 設(shè)備向 dma 接口發(fā)請求（dreq） ； dma 接口向 cpu 申請總線控制權(quán)（hrq） ； cpu 發(fā)回 hlda 信號，表示允許將總線控制權(quán)交給dma 接口； 將 dma 主存地址寄存器中的主存地址送地址總線； 通知設(shè)備已被授予一個 dma 周期（dack） ，并為交換下一個

11、字做準(zhǔn)備； 將 dma 數(shù)據(jù)緩沖寄存器的內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線； 命令存儲器作寫操作； 修改主存地址和字計(jì)數(shù)值； 判斷數(shù)據(jù)塊是否傳送結(jié)束，若未結(jié)束，則繼續(xù)傳送；若己結(jié)束，（字計(jì)數(shù)器溢出） ，則向cpu 申請程序中斷，標(biāo)志數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束。六、 （10 分）方法一：答：地址空間描述如下：rom 對應(yīng)的空間：11111111111111111111000000000000ram 對應(yīng)的空間：11101111111111111110100000000000選擇 rom 芯片為 2k8 位的兩片，ram 芯片為 2k4 位的兩片rom 芯片 1：11111111111111111111100000000000r

12、om 芯片 2：11110111111111111111000000000000ram 芯片 1、2： （位擴(kuò)展）1110111111101000cpu 與存儲器連接圖見下頁：a15a15& &a14a14a13a13a12a12a11a11c cp pu ua10-a0a10-a0g1g2ag2bcbay7y61111000011110000y0cscsrom1rom1d7-d0d7-d0d7-d0d7-d0rdrdrom2rom2d7-d0d7-d0cscsoeoerdrdram1ram1d7-d4d7-d4cscsoeoeweweram2ram2d3-d0d3-d0wew

13、e方法二：答：地址空間描述如下：rom 對應(yīng)的空間：11111111111111111111000000000000ram 對應(yīng)的空間：11101111111111111110100000000000選擇 rom 芯片為 4k8 位的一片，ram 芯片為 2k4 位的兩片r/wr/wmreqmreqa15a15a14a14a13a13a12a12a11a11a10a10y7y7y6y6y5y5y4y4y3y3y2y2y1y1y0y0& &c cp pu ug1g1g2ag2ag2bg2bc cb ba a& &a0a0a11a11romroma0a0d0d0a1

14、0a10ramrama0a0a10a10ramrama0a0d0d0d7d7d4d4d3d3d0d0d7d7d7d7d4d4d3d3七、 （10 分）答：組合邏輯設(shè)計(jì)的微操作命令：取指：t0：pc mart1：mmar mdr, pc+1 pct2：mdr ir, opir 微操作形成部件執(zhí)行：t0：sp mart1：mmar mdrt2：mdr pc, sp+1 sp微程序設(shè)計(jì)的微操作命令：取指微程序：t0：pc mart1：adcmir cmart2：mmar mdr, pc+1 pct3：adcmir cmart4：mdr ir, opir 微操作形成部件t5：opir cmar中斷返回微程序：t0：sp mart1：adcmir cmart2：mmar mdrt3：adcmir cmart4：md