2022年北京石油化工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷B(有答案)

2022年北京石油化工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1SRAM512×8位，除電源和接地端外，該芯片引出線的最小數(shù)目應(yīng)該是（）。A.23 B.25 C.50 D.192、存儲器采用部分譯碼法片選時，（）。不需要地址譯碼器C.會產(chǎn)生地址重疊D.CPU的地址線全參與譯碼3、在浮點機中，（）是隱藏的。A.階碼 數(shù)符 尾數(shù) D.基數(shù)4、4位機器內(nèi)的數(shù)值代碼，則它所表示的十進制真值可能為（）。I.16 Ⅱ.-1 Ⅲ.-8 V.8A.I、V、ⅢB.IⅡ、IⅣC.Ⅱ、Ⅲ、IVD.只有V5、在原碼兩位乘中，符號位單獨處理，參加操作的數(shù)是（）。A.原碼B.絕對值的補碼C.補碼D.絕對值6、為協(xié)調(diào)計算機系統(tǒng)各部件的工作，需要一種器件來提供統(tǒng)一的時鐘標(biāo)準，這個器件，是（）。A.總線緩沖器B.總線控制器C.時鐘發(fā)生器D.以上器件都具備這種功能7、總線按連接部件不同可分為（）。A.片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線、通信總線B.數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線C.主存總線I/O總線、DMA總線D.ISA總線、VESA總線、PCI總線8、指令寄存器的位數(shù)取決（）。A.存儲器的容量B.指令字長C.機器字長人D.存儲字長9、某計算機主頻為1.2GHz，其指令分為4類，它們在基準程序中所占比例及CPI如下表所示。該機的MIPS數(shù)是（）。A.100B.200C.400D.6001041→2→3→411011，21111.30011，4級中0001，則修改后的優(yōu)先順序從高到低為（）。A.3→2→1→4B.1→3→4→2C.2→1→3→4D.2→3→1→411、下列選項中，用于提高RAID可靠性的措施有（）。I.磁盤鏡像II.條帶化III.IV.增加Cache機制A.僅I，II 僅I，III C.僅I，III，IV 僅II.、III，IV12、指令寄存器中寄存的是（）A.B.已執(zhí)行完了的指令C.正在執(zhí)行的指令D.要轉(zhuǎn)移的指令13、指令從流水線開始建立時執(zhí)行，設(shè)指令流水線把一條指令分為取指、分析、執(zhí)行三部分，且三部分的時間分別是2ns、2ns、Ins，則100條指令全部執(zhí)行完畢需要（）。A.163ns B.183ns C.193ns D.203ns14、用二地址指令來完成算術(shù)運算時，其結(jié)果一般存放在（）。A.其中一個地址碼提供的地址中B.棧頂C.累加器（ACC）中D.以上都不對15、下列不屬于程序控制指令的是（）。A.B.條件轉(zhuǎn)移指令C.中斷隱指令D.循環(huán)指令二、填空題16、一位十進制數(shù)，用BCD碼表示位二進制碼，用ASCII碼表示位二制碼。17、微程序設(shè)計技術(shù)是利方法設(shè)計 的一門技術(shù)。18、雙端口存儲器和多模塊交叉存儲器屬于 存儲器結(jié)構(gòu)。前者采用 技術(shù)后者采用 技術(shù)。19、2000年，超級計算機最高浮點運算速度達到每次，我國號計算的運算速度達到3840億次，使我國成之后第三個擁有高速計算機的國家。20、計算機軟件一般分為兩大類：一類，另一類操作系統(tǒng)屬類21、條件轉(zhuǎn)移、無條件轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)子程序、返主程序、中斷返回指令都屬于 類指令這類指令在指令格式中所表示的地址不的地址，而的地址。22、計算機軟件一般分為兩大類：一類，另一類操作系統(tǒng)屬于 類。23、一個定點數(shù)和 兩部分組成。24、當(dāng)今的CPU芯片除了包括定點運算器和控制器外，還包、 運算器和 管理等部件。25、外圍設(shè)備大體分為輸入設(shè)備，輸出設(shè)備設(shè)備， 設(shè)備， 設(shè)備五大類。三、名詞解釋題、海明碼：27、獨立請求方式：28、音頻識別：29、不按寫分配：四、簡答題30、什么是指令周期？指令周期是否有一個固定值？為什么？31、計算機CPU中有哪些類型的寄存器？這些寄存器有什么功能？32、控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？33、何謂通用串口I/O標(biāo)準接口IEEE1394？簡述其性能特點？五、計算題34、一個直接映射的Cache有128個字塊，主機內(nèi)存包含16K個字塊，每個塊有16個字，訪問Cache的時間是10ms，填充一個Cache字塊的時間是200ms，Cache的初始狀態(tài)為空。如果按字尋址，請定義主存地址字段格式，給出各字段的位寬；CPU16~21010Cache的命中率是多少？3）10次循環(huán)中，CPU平均每次循環(huán)讀取的時間是多少？35、設(shè)存儲字長和指令字長均為24位，若指令系統(tǒng)可完成108種操作，且具有直接、一一次間接尋址、多次間接尋址、變址、基址、相對和立即這7種尋址方式，則可在保證最大范圍內(nèi)直接尋址的前提下，指令字中操作碼占幾位？尋址特征位占幾位？可直接尋址的范圍是多少？一次間接尋址的范圍是多少？多次間接尋址的范圍又是多少？36、假定硬盤傳輸數(shù)據(jù)以32位的字為單位，傳輸速率為IMB/s。CPU的時鐘頻率為50MHz采用程序查詢的輸入/輸出方式，假設(shè)查詢操作需要100CPUI/O查詢所花費的時間比率，假定進行足夠的查詢以避免數(shù)據(jù)丟失。采用中斷方法進行控制，每次傳輸?shù)拈_銷（包括中斷處理）為100求CPU為傳輸硬盤數(shù)據(jù)花費的時間比重。采用DMA控制器進行輸入/輸出操作，假定DMA的啟動操作需要1000個時鐘周期，DMA完成時處理中斷需要500個時鐘周期。如果平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度為4KB，問在硬盤工作時處理器將用多少時間比重進行輸入/輸出操作，忽略DMA申請使用總線的影響。六、綜合題37、假設(shè)指令流水線分取指（FI）、譯碼（ID）、執(zhí)行（EX）、回寫（WR）4個過程段，共有10條指令連續(xù)輸入此流水線。畫出指令周期流程。畫出非流水線時空圖。畫出流水線時空圖。假設(shè)時鐘周期為100ns，求流水線的實際吞吐率。求該流水處理器的加速比。38、設(shè)浮點數(shù)字長32位，其中階碼部分8位（含l位階符），尾數(shù)部分24位（含1位數(shù)符），當(dāng)階碼的基值分別是2和16時：說明基值2和16在浮點數(shù)中如何表示。況下所能表示的最大正數(shù)真值和非零最小正數(shù)真值。在哪種基值情況下，數(shù)的表示范圍大？兩種基值情況下，對階和規(guī)格化操作有何不同？3916CPU含進位/CFZFNF。假定為該機設(shè)計了條件轉(zhuǎn)移指令，其格式如圖所示。其中，00000為操作碼OP；C、Z和N分別為CF、ZF和NF的對應(yīng)檢測位，某檢測位為l時表示需檢測對應(yīng)標(biāo)志，需檢測的標(biāo)志位中只要有一個為1就轉(zhuǎn)移，否則不轉(zhuǎn)移，例如，若C=l，Z=0，N=1，則需檢測CF和NF的值，當(dāng)CF=l或NF=1時發(fā)生轉(zhuǎn)移；OFFSET是相對偏移量，用補碼表示。轉(zhuǎn)移執(zhí)行時，轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址為（PC）+2+2×OFFSET；順序執(zhí)行時，下條指令地址為（PC）+2。請回答下列問題。該計算機存儲器按字節(jié)編址還是按字編址？該條件轉(zhuǎn)移指令向后（反向）可跳轉(zhuǎn)多少條指令？200CHCF=0，ZF=0，NF=1，則該指令執(zhí)行后PC的值是多少？若該指令執(zhí)行時CF=1，ZF=0，NF=0，則該指令執(zhí)行后PC的值又是多少？請給出計算過程。實現(xiàn)“無符號數(shù)比較小于等于時轉(zhuǎn)移”功能的指令中，C、Z和N應(yīng)各是什么？下圖是該指令對應(yīng)的數(shù)據(jù)通路示意圖，要求給出圖中部件①~說明參考答案一、選擇題、D、C、D、D、B、C、A、B9、C、C、B12、C，、D、A、C二、填空題16、4 717、軟件操作控制器18、并行空間并行時間并行19、1萬億神威美國、日本20、系統(tǒng)程序應(yīng)用程序系統(tǒng)程序21、程序控制類操作數(shù)下一條指令22、系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件23、符號位數(shù)值域24、cache浮點存儲25、外存數(shù)據(jù)通信過程控制三、名詞解釋題26、海明碼：一種常見的糾錯碼，能檢測出兩位錯誤，并能糾正一位錯誤。27、獨立請求方式：集中式總線裁決方式之一，每一個設(shè)備都有一個獨立的總線請求信號線送到總線控制器，控制器也給各設(shè)備分別發(fā)送一個總線響應(yīng)信號。28、音頻識別：一個對于音頻信息提煉和壓縮的過程，如將語音信號轉(zhuǎn)化成文字信息以便于計算機的存儲和處理。29、不按寫分配：cache不命中時的一種更新策略，寫操作時該地址的數(shù)據(jù)塊不從主存調(diào)入cache。一般寫回法采用按寫分配法，寫直達法則采用不按寫分配法。四、簡答題30、答：指令周期是指取出并執(zhí)行完一條指令所需的時間。由于計算機中各種指令執(zhí)行所需的時間差異很大，因此為了提高CPU運行效率，即使在同步控制的機器中，不同指令的指令周期長度都是不一致的，也就是說指令周期對于不同的指令來說不是一個固定值。31、答：在計算機的運行過程中，cpu接到跟緊急的服務(wù)請求而暫停執(zhí)行的現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)而去執(zhí)行終端服務(wù)程序，已處理隨機事件，執(zhí)行完畢后又恢復(fù)源程序的執(zhí)行；32、答：控制單元具有發(fā)出各種微操作命令序列的功能33、答：IEEE13941/0SCSII/0接口相比，它具有更高的數(shù)據(jù)IEEE1394的一個重大PCIEEE1394PC98系統(tǒng)設(shè)計指南的新標(biāo)準。五、計算題34、解析：按字尋址，每個塊有164位。Cache有128個字塊，故Cache字塊地址為816K個字塊，故主存地址總共14位。則主存字塊標(biāo)記位數(shù)為14-8-位。

4=2Cache中每個塊16個字，故16~210位置的字，按照直接映射可分別放入Cache的第1~13Cache的初始狀態(tài)為空，循環(huán)讀取10次時，第一次循環(huán)第16、3248、64…、20813次，其他位置均命中，后面9次循環(huán)每個字都命中。故Cache的命中率為1-13/（195×10）=99.3%。第一次循環(huán)需要填充Cache13次，訪問Cache195-13=182次，總時間為200ns×13+10ns×182=4420ms。其余9次循環(huán)只需訪問Cache195次，總時間為195×10ns×9=17550ns。故平均訪問時間為（17550ns+4420ns）/10=2197ns。35、解析：1087位（27=128）。由于指令系統(tǒng)中有種尋址方式，因此尋址特征位占3位。由于地址碼的位數(shù)為24-7-3=14214。由于存儲字長為24位，因此一次間接尋址的范圍為224。由于多次間接尋址需要使用一位來標(biāo)志是否間接尋址完畢，因此只有23尋址，尋址范圍為223。36、解析：本題考查計算機的性能指標(biāo)和I/O方式。先計算每次傳輸過程的平均時間，然后根據(jù)程序查詢、中斷和DMA方式的特點計算外設(shè)I/O的時間占整個CPU時間的百分比。1）采用程序查詢的輸入/輸出方式，硬盤查詢的速率為1MB/4B=250k（每秒查詢次數(shù)）。查詢的時鐘周期數(shù)為250k×100=25000k.占用的CPU時間比率為25000k/50M=50%。2）采用中斷方法進行控制，每傳送一個字需要的時問為（32bit/8）÷1MB/s=4??s.CPU時鐘周期為1/50MHz=0.02μs.得到時間比重為100×0.02/4=50%。3）采用DMA控制器進行輸入/輸出操作，平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度為4KB.傳送的時間為4KB÷1MB/s=4ms在DMA傳輸?shù)倪^程中，CPU不需要進行操作，所以CPU為傳輸硬盤數(shù)據(jù)花費的時間比重為0.02×1500/（4000+0.02×1500）=0.74%.六、綜合題37、解析：指令周期包括FI、ID、EX和WR這4個子過程，則指令周期流程如圖a所示。非流水線時空圖如圖b所示。假設(shè)一個時間單位為一個時鐘周期，則每隔4個時鐘周期才有一個輸出結(jié)果。流水線時空圖如圖c所示。由圖c可見，第一條指令出結(jié)果需要4當(dāng)流水線滿載時，以后每一個時鐘周期可以出一個結(jié)果，即執(zhí)行完一條指令。由圖c所示的1013個時鐘周期結(jié)束時，CPU執(zhí)行完1010條指令/s。在流水處理器中，當(dāng)任務(wù)飽滿時，指令不斷輸入流水線，不論是幾級流水線，每隔個時鐘周期都輸出一個結(jié)果。對于本題4級流水線而言，處理10條指令所需的時鐘周期數(shù)=4+（10-1）=13，而非流水線處理10條指令需4×10=40個時鐘周期，所以該流水處理器的加速比為40/13=3.0838、解析：基值2和16在浮點數(shù)中是隱含表示的，并不出現(xiàn)在浮點數(shù)中。尾數(shù)最小且規(guī)格化（t為基值時，尾數(shù)的最高log2t位不全為0的數(shù)為規(guī)格化數(shù)），階碼最小的數(shù)。當(dāng)階碼的基值是2時，最大正數(shù)：0.111111l：0，11…1，真值是（1-2-23）×2127；最小正數(shù)：1，0000000：0，10…0，真值是2-129。當(dāng)階碼的基值是16時，最大正數(shù)：0.111111；0，11…1，真值是（1-2-23）×16127：最小正數(shù)：1，0000000：0，0001.0，真值是16-129在浮點數(shù)表示中，基值越大，表示的浮點數(shù)范圍就越大，所以基值為16的浮點數(shù)表示范圍大。對階時，需要小階向大階看齊，若基值為2的浮點數(shù)尾數(shù)右移一位，階碼加而基值為164位，階碼加1。20，則需要尾數(shù)向末移動一位，階碼減1：而基值為16的浮點數(shù)尾數(shù)最高4位有效位全為0每移動4位，階碼減1。39、解析：l）因為指令字長為16位，且下條指令地址為（PC）+2，故編址單位是字節(jié)。偏移OFFSET為8位補碼，范圍為-128~127，將-128代入轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址計算公式，可以得到（PC）+254=（PC）+127×2，故該條件轉(zhuǎn)移