計(jì)算機(jī)組成原理本科生期末試卷(一)部分答案

計(jì)算機(jī)組成原理本科生期末試卷(一)部分答案計(jì)算機(jī)組成原理本科生期末試卷(一)部分答案計(jì)算機(jī)組成原理本科生期末試卷(一)部分答案資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月計(jì)算機(jī)組成原理本科生期末試卷(一)部分答案版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：本科生期末試卷（一）二、簡答題（每小題8分，共16分）

1

假設(shè)主存容量16M×32位，Cache容量64K×32位，主存與Cache之間以每塊4×32位大小傳送數(shù)據(jù)，請確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并畫出內(nèi)存地址格式。

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(shí)空觀角度回答CPU如何區(qū)分讀出的代碼是指令還是數(shù)據(jù)。答：計(jì)算機(jī)可以從時(shí)間和空間兩方面來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在時(shí)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(yùn)算器、往內(nèi)存寫入的數(shù)據(jù)也是來自于運(yùn)算器三、計(jì)算題（14分）設(shè)x=-18(-15)，y=+26(+13)，數(shù)據(jù)用補(bǔ)碼表示，用帶求補(bǔ)器的陣列乘法器求出乘積x×y，并用十進(jìn)制數(shù)乘法進(jìn)行驗(yàn)證。解：設(shè)最高位為符號(hào)位，輸入數(shù)據(jù)為：[x]補(bǔ)=10001，[y]補(bǔ)=10011，算前求補(bǔ)器輸出后|x|=1111，|y|=11011111×11011111乘積符號(hào)位運(yùn)算：0000x0⊕y0=1⊕1=01111+1111算后求補(bǔ)器輸出為，加上乘積符號(hào)0，最后得補(bǔ)碼乘積值為0，利用補(bǔ)碼與真值的換算公式，補(bǔ)碼二進(jìn)制數(shù)的真值是x×y=1×27+1×26+1×21+1×20=128+64+2+1=+195十進(jìn)制數(shù)乘法驗(yàn)證：x×y=(-15)×(-13)=+195四、證明題（12分）用定量分析方法證明多模塊交叉存儲(chǔ)器帶寬大于順序存儲(chǔ)器帶寬。解：假設(shè)（1）存儲(chǔ)器模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度；（2）模塊存取一個(gè)字的存儲(chǔ)周期等于T；（3）總線傳送周期為τ；（4）交叉存儲(chǔ)器的交叉模塊數(shù)為m.。交叉存儲(chǔ)器為了實(shí)現(xiàn)流水線方式存儲(chǔ)，即每經(jīng)過τ時(shí)間延遲后啟動(dòng)下一?？欤瑧?yīng)滿足T=mτ,(1)交叉存儲(chǔ)器要求其?？鞌?shù)≥m,以保證啟動(dòng)某?？旌蠼?jīng)過mτ時(shí)間后再次啟動(dòng)該?？鞎r(shí)，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣連續(xù)讀取m個(gè)字所需要時(shí)間為t1=T+(m–1)τ=mτ+mτ–τ=(2m–1)τ(2)故存儲(chǔ)器帶寬為W1=1/t1=1/(2m-1)τ(3)而順序方式存儲(chǔ)器連續(xù)讀取m個(gè)字所需時(shí)間為t2=mT=m2×τ(4)存儲(chǔ)器帶寬為W2=1/t2=1/m2×τ(5)比較(3)和(5)式可知，交叉存儲(chǔ)器帶寬W1大于順序存儲(chǔ)器帶寬W2五、分析題（12分）圖1所示的系統(tǒng)中，A、B、C、D四個(gè)設(shè)備構(gòu)成單級中斷結(jié)構(gòu)，它要求CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令時(shí)轉(zhuǎn)向?qū)χ袛嗾埱筮M(jìn)行服務(wù)?，F(xiàn)假設(shè)：

①

TDC為查詢鏈中每個(gè)設(shè)備的延遲時(shí)間；

②

TA、TB、TC、TD分別為設(shè)備A、B、C、D的服務(wù)程序所需的執(zhí)行時(shí)間；

③

TS、TR分別為保存現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場所需的時(shí)間；

④

主存工作周期為TM；

⑤

中斷批準(zhǔn)機(jī)構(gòu)在確認(rèn)一個(gè)新中斷之前，先要讓即將被中斷的程序的一條指令執(zhí)行完畢。

試問：在確保請求服務(wù)的四個(gè)設(shè)備都不會(huì)丟失信息的條件下，中斷飽和的最小時(shí)間是多少中斷極限頻率是多少解：：假設(shè)主存工作周期為TM，執(zhí)行一條指令的時(shí)間也設(shè)為TM。則中斷處理過程和各時(shí)間段如圖所示。當(dāng)三個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)出中斷請求時(shí)，依次處理設(shè)備A、B、C的時(shí)間如下：tA=2TM+TDC+TS+TA+TRtB=2TM+TDC+TS+TA+TRtC=2TM+TDC+TS+TA+TRTd=2TM+TDC+TS+ta+tb+tc達(dá)到中斷飽和的時(shí)間為：T=tA+tB+tC+Td中斷極限頻率為：f=1/T圖六、設(shè)計(jì)題（16分）某計(jì)算機(jī)有圖2所示的功能部件，其中M為主存，指令和數(shù)據(jù)均存放在其中，MDR為主存數(shù)據(jù)寄存器，MAR為主存地址寄存器，R0～R3為通用寄存器，IR為指令寄存器，PC為程序計(jì)數(shù)器（具有自動(dòng)加1功能），C、D為暫存寄存器，ALU為算術(shù)邏輯單元，移位器可左移、右移、直通傳送。

(1)將所有功能部件連接起來，組成完整的數(shù)據(jù)通路，并用單向或雙向箭頭表示信息傳送方向。

(2)畫出“ADDR1，（R2）”指令周期流程圖。該指令的含義是將R1中的數(shù)與（R2）指示的主存單元中的數(shù)相加，相加的結(jié)果直通傳送至R1中。

(3)若另外增加一個(gè)指令存貯器，修改數(shù)據(jù)通路，畫出⑵的指令周期流程圖。解：（1）各功能部件聯(lián)結(jié)成如圖所示數(shù)據(jù)通路：移位器MBRR0IR移位器MBRR0IRR1PCR1PCMR2CALU+1MR2CMARR3DMARR3D圖B（PC）→MAR（2）此指令為RS型指令，一個(gè)操作數(shù)在R1中，另一個(gè)操作數(shù)在R2為地址的內(nèi)存單元中，相加結(jié)果放在R1中。（PC）→MARM→MBRM→MBR→IR，（PC）+1PC+1，為取下條指令做好準(zhǔn)備譯碼譯碼（R1）→C（R1）→C（R2）→MAR（R2）→MARM→MBR→D=3\*GB3③M→MBR→D（C）+（D）→（C）+（D）→R1