2022年蘭州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷B(有答案)

2022年蘭州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷B（有答案）一、選擇題1、某機(jī)器的主存儲(chǔ)器共32KB，由16片16K×l位（內(nèi)部采用128×128存儲(chǔ)陣列）的DRAM芯片字和位同時(shí)擴(kuò)展構(gòu)成。若采用集中式刷新方式，且刷新周期為2ms，那么所有存儲(chǔ)單元刷新一遍需要（）個(gè)存儲(chǔ)周期。A.128B.256C.1024D.163842、一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，常常同時(shí)包含ROM和RAM兩種類型的存儲(chǔ)器，如果用lK×8位的ROM芯片和lK×4位的RAM芯片，組成4K×8位的ROM和1K×8位的RAM存儲(chǔ)系統(tǒng)，按先ROM后RAM進(jìn)行編址。采用3-8譯碼器選片，譯碼信號(hào)輸出信號(hào)為Y0~Y7，其中Y4選擇的是（）。A.第一片ROMB.第五片ROMC.第一片RAMD.第一片RAM和第二片RAM3、ALU屬于（）。A.時(shí)序電路B.控制器C.組合邏輯電路D.寄存器4、假設(shè)機(jī)器字長為16位，用定點(diǎn)補(bǔ)碼小數(shù)表示時(shí)，一個(gè)字所能表示的范圍是（）。A.0~（1-2-15）B.-（1-2-15）~（1-2-15）C.-1~1D.-1~（1-2-15）5、下列關(guān)于定點(diǎn)數(shù)原碼一位乘算法的描述正確的是（）。I.符號(hào)位不參加運(yùn)算，根據(jù)數(shù)值位的乘法運(yùn)算結(jié)果確定結(jié)果的符號(hào)位II.在原碼一位乘算法過程中，所有移位均是算術(shù)移位操作Ⅲ.假設(shè)兩個(gè)n位數(shù)進(jìn)行原碼一位乘，部分積至少需要使用n位奇存器A.II，IIIC.只有IIIB.只有ⅢD.全錯(cuò)6、總線寬度與下列（）有關(guān)。A.控制線根數(shù)B.數(shù)據(jù)線根數(shù)C.地址線根數(shù)D.以上都不對(duì)7、在鏈?zhǔn)讲樵兎绞较拢粲蠳個(gè)設(shè)備，則（）。A.只需一條總線請(qǐng)求線B.需要N條總線請(qǐng)求線C.視情況而定，可能一條，也可能N條D.以上說法都不對(duì)8、指令寄存器的位數(shù)取決（）。A.存儲(chǔ)器的容量B.指令字長C.機(jī)器字長人D.存儲(chǔ)字長9、馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想主要有（）。1.存儲(chǔ)程序Ⅱ.二進(jìn)制表示Ⅲ.微程序方式Ⅳ.局部性原理A.I，ⅢB.Ⅱ，ⅢC.IⅡ，IⅣD.I，IⅡ10、傳輸一幅分辨率為640像素×480像素、65536色的圖片（采用無壓縮方式），假設(shè)采用數(shù)據(jù)傳輸速度為56kbit/s，大約需要的時(shí)間是（）。A.34.82sB.42.86sC.85.71sD.87.77s11、DMA方式的接口電路中有程序中斷部件，其作用是（）。A.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送B.向CPU提出總線使用權(quán)C.向CPU提出傳輸結(jié)束D.發(fā)中斷請(qǐng)求12、下列不屬于微指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)是（）。A.提高微程序的執(zhí)行速度B.提高微程序設(shè)計(jì)的靈活性C.縮短微指令的長度D.增大控制存儲(chǔ)器的容量13、微指令操作控制字段的每一位代表一個(gè)控制信號(hào)，這種微程序的控制方式叫作（）A.字段直接編碼B.字段間接編碼C.混合編碼D.直接編碼14、在通用計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的二地址指令中，操作數(shù)的物理位置可安排在（）。I.一個(gè)主存單元和緩沖存儲(chǔ)器Ⅱ.兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器IⅡ.一個(gè)主存單元和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器IV.一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器和一個(gè)控制存儲(chǔ)器V.一個(gè)主存單元和一個(gè)外存單元A.Ⅱ、Ⅲ、IVB.IⅡ、ⅡC.I、Ⅱ、ⅢD.I、Ⅱ、Ⅲ、V15、下列尋址方式中，最適合按下標(biāo)順序訪問一維數(shù)組的是（）。A.相對(duì)尋址B.寄存器尋址C.直接尋址D.變址尋址二、填空題16、指令尋址的基本方式有兩種，______方式和______方式。17、RISC的中文含義是________，CISC的中文含義是________。18、多媒體CPU是帶有________技術(shù)的處理器。它是一種________技術(shù)，特別適合于圖像數(shù)據(jù)處理。19、移碼表示法主要用于表示浮點(diǎn)數(shù)的_______碼，以利于比較兩個(gè)_______數(shù)的大小和進(jìn)行操作。20、通道是一個(gè)特殊功能的______，它有自己的______專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制。21、漢字的_______、_______、_______是計(jì)算機(jī)用于漢字輸入、內(nèi)部處理、輸出三種不同用途的編碼。22、數(shù)組多路通道允許________個(gè)設(shè)備進(jìn)行________型操作，數(shù)據(jù)傳送單位是________23、RISC機(jī)器一定是_______CPU，但后者不一定是RISC機(jī)器，奔騰機(jī)屬于_______機(jī)器24、當(dāng)今的CPU芯片除了包括定點(diǎn)運(yùn)算器和控制器外，還包括_______、_______運(yùn)算器和_______管理等部件。25、相聯(lián)存儲(chǔ)器是按_________訪問的存儲(chǔ)器，在cache中用來存放_(tái)________，在虛擬存儲(chǔ)器中用來存放_(tái)________.三、名詞解釋題26、軟件兼容：27、指令模擬：28、氣泡式噴墨打印機(jī)：29、無條件轉(zhuǎn)移：四、簡答題30、原理性地說明條件相對(duì)轉(zhuǎn)移指令的指令格式和執(zhí)行步驟。31、同步通信方式：何謂存儲(chǔ)總線？何謂I/O總線？各有何特點(diǎn)？32、浮點(diǎn)數(shù)的階碼為什么通常采用移碼？33、什么是并行處理？五、計(jì)算題34、一個(gè)16K×16位的存儲(chǔ)器，有l(wèi)K×4位的DRAM芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64×64構(gòu)成，試問：1）采用異步刷新方式，如果最大刷新間隔為2ms，則相鄰兩行之間的刷新間隔是多少？2）如果采用集中刷新方式，則存儲(chǔ)器刷新一遍最少用多少個(gè)存儲(chǔ)周期？設(shè)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)周期為0.5us，“死區(qū)”占多少時(shí)間？“死時(shí)間率”為多少（刷新周期為2ms）？35、設(shè)有一個(gè)64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。36、假設(shè)指令字長為16位，操作數(shù)的地址碼為6位，指令有零地址、一地址和二地址3種格式。1）設(shè)操作碼固定，若零地址指令有M種，一地址指令有N種，則二地址指令最多有多少種？2）采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，二地址指令最多有多少種？3）采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，若二地址指令有P條，零地址指令有Q條，則一地址指令最多有幾種？六、綜合題37、現(xiàn)有4級(jí)流水線，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、回寫4步操作，假設(shè)完成各部操作的時(shí)間依次為100ns，100ns，80ns，50ns。試問：1）流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？2）試給出相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)的例子（假設(shè)在硬件上不采取措施），試分析第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行才不會(huì)出錯(cuò)？3）如果在硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需要推遲多少時(shí)間？38、寫出一個(gè)定點(diǎn)8位字長的二進(jìn)制數(shù)在下列情況中所能表示的真值（數(shù)值）范圍：1）不帶符號(hào)數(shù)表示。2）原碼表示。3）補(bǔ)碼表示。4）反碼表示。5）移碼表示。39、某機(jī)器采用一地址格式的指令系統(tǒng)，允許直接和間接尋址（機(jī)器按字尋址）。機(jī)器配有如下硬件：ACC、MAR、MDR、PC、X、MQ、IR以及變址寄存器R。和基址寄存器Ra，均為16位。1）若采用單字長指令，共能完成105種操作，則指令可直接尋址的范圍是多少？一次間接尋址的范圍又是多少？2）若采用雙字長指令，操作碼位數(shù)及尋址方式不變，則指令可直接尋址的范圍又是多少？畫出其指令格式并說明各字段的含義。3）若存儲(chǔ)字長不變，可采用什么方法訪問容量為8MB的主存？需增設(shè)哪些硬件？

參考答案一、選擇題1、A2、D3、C4、D5、D6、B7、A8、B9、D10、D11、C12、D13、D、14、B15、D二、填空題16、字向位向17、精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)18、MMX多媒體擴(kuò)展結(jié)構(gòu)19、階碼指對(duì)階20、處理器指令和程序21、輸入編碼（或輸入碼）內(nèi)碼（或機(jī)內(nèi)碼）字模碼22、1（單）傳輸數(shù)據(jù)塊23、流水CISC24、cache浮點(diǎn)存儲(chǔ)25、內(nèi)容行地址表段表、頁表和快表三、名詞解釋題26、軟件兼容：一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的軟件能在另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，并得到相同的結(jié)果，則稱這兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是軟件兼容的。27、指令模擬：在一種計(jì)算機(jī)上用軟件來解釋執(zhí)行另一種計(jì)算機(jī)的指令。28、氣泡式噴墨打印機(jī)：一種非擊打式打印設(shè)備，噴頭通過電加熱，使墨水在蒸氣的作用下從噴頭射到紙上。29、無條件轉(zhuǎn)移：一種轉(zhuǎn)移指令類型，不管狀態(tài)如何，一律進(jìn)行轉(zhuǎn)移操作。四、簡答題30、解析：1）按指令功能分類，一般可將指令分為以下幾類：①算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令：每臺(tái)計(jì)算機(jī)都不可或缺的指令，用來完成算術(shù)邏輯運(yùn)算。②移位指令：用來完成算術(shù)移位和邏輯移位。③數(shù)據(jù)傳送指令：用來完成CPU與主存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，在統(tǒng)一編址的機(jī)器中還可以用來完成CPU與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。④轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用與返回指令：主要用來改變指令執(zhí)行次序的問題。⑤其他指令：停機(jī)指令，開、關(guān)中斷指令等。2）按操作數(shù)個(gè)數(shù)分類，一般可分為：①零操作數(shù)指令。②單操作數(shù)指令。③雙操作數(shù)指令。④多操作數(shù)指令。31、答：（1）存儲(chǔ)總線是連接CPU和主存儲(chǔ)器之間的專用總線，速度高.（2）I/O總線是連接主機(jī)（CPU、M）與IO設(shè)備之間的總線，可擴(kuò)展性好。32、解析：假設(shè)采用n位數(shù)值位，由移碼的定義可知，有如下關(guān)系：x因此，正數(shù)的移碼一定大于負(fù)數(shù)的移碼，這個(gè)是移碼與原碼、補(bǔ)碼、反碼的一個(gè)重要區(qū)別。更重要的是，移碼具有如下性質(zhì)：當(dāng)x>y時(shí)，[x]移>[y]移33、答：廣義地講，并行性有兩種含義：一是同時(shí)性，指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；二是并發(fā)性，指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。計(jì)算機(jī)的并行處理技術(shù)可貫穿于信息加工的各個(gè)步驟和階段，概括起來，主要有三種形式：（1）時(shí)間并行：指時(shí)間重疊，在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。（2）空間并行：指資源重復(fù)，在并行性概念中引入空間因素，以“數(shù)量取勝”為原則來大幅度提高計(jì)算機(jī)的處理速度。（3）時(shí)間并行+空間并行：指時(shí)間重疊和資源重復(fù)的綜合應(yīng)用，既采用時(shí)間并行性又采用空間并行性五、計(jì)算題34、解析：不論采用何種刷新方式，刷新都是從單個(gè)芯片的存儲(chǔ)容量著手。1）采用異步刷新方式，在2ms時(shí)間內(nèi)把芯片的64行刷新一遍，相鄰兩行之間的刷新間隔=2ms/64=31.25μs，可取的刷新間隔為31μs。2）如果采用集中刷新方式，則存儲(chǔ)器刷新一遍最少用64個(gè)存儲(chǔ)周期，因?yàn)榇鎯?chǔ)器的存儲(chǔ)周期為0.5μs，則“死區(qū)”=0.5μs×64=32μs，“死時(shí)間率”=32μs/2000μs×100%=l.6%。35、解析：存儲(chǔ)基元總數(shù)=64K×8位=512K位=219位。思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為2a×b=219；b=219-a。若a=19，b=l，總和=19+1=20；若a=18，b=2，總和=18+2=20；若a=17，b=4，總和=17+4=21；若a=16，b=8，總和=16+8=24；由上可看出，片字?jǐn)?shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。通過證明也是能得出結(jié)論的，我們要最小化a+b=a+219-4。令F（a）=a+b=a+219-4，對(duì)a求導(dǎo)后，得到1-ln2×a×29。在1≤a≤l8時(shí)，F(xiàn)是單調(diào)遞減函數(shù)，所以在這個(gè)區(qū)間最小值為F（18）=20，剩下F（19）=20。所以得出結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線=19根，數(shù)據(jù)線=1根；地址線=18根，數(shù)據(jù)線=2根。36、解析：1）由于操作數(shù)的地址碼為6位，因此二地址指令中操作碼的位數(shù)為16-6-6=4位，即操作碼只占4位。又由于操作碼固定，因此零地址指令、一地址指令、二地址指令的總和不能超過16?，F(xiàn)已知零地址指令有M種，一地址指令有N種，所有二地址指令最多有16-M-N種。2）在1）中算得二地址指令的操作碼為4位，即最多有20=16條指令。但是絕對(duì)不能取16。如果取了16，就不能擴(kuò)展成一地址指令和零地址指令了。因此，二地址指令最多只能有15條。3）由于操作碼位數(shù)可變，且二地址指令、一地址指令和零地址指令的操作碼長度分別為4位、10位、16位，因此二地址指令每減少一條，就可以多出26條一地址指令；一地址指令每減少一條，就可以多出26條零地址指令。根據(jù)以上分析，假設(shè)一地址指令有X條，則一地址指令最多有（24-P）×26條，零地址指令就應(yīng)該最多有[（24-P）×26-R]×26條。根據(jù)題中給出的零地址指令有Q條，則可以得出一個(gè)公式，如下：Q=[（24-P）×26-R]×26可解得：R=（24-P）×26-Q×2-6六、綜合題37、解析：1）流水線操作的時(shí)鐘周期T應(yīng)按4步操作中所需時(shí)問最長的一個(gè)步驟來考慮，所以T=100ns.2）兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突的例子如下：ADDR1，R2，R3（R2）+（R3）→R1（將寄存器R2和R3的內(nèi)容相加存儲(chǔ)到寄存器RI）SUBR4，R1，R5（R1）-（R5）→R4（將寄存器R1的內(nèi)容減去寄存器R5的內(nèi)容，并將相減的結(jié)果存儲(chǔ)到寄存器R4）分析如下：首先這兩條指令發(fā)生寫后讀（RAW）相關(guān)。兩條指令在流水線中的執(zhí)行情況見表。ADD指令在時(shí)鐘4時(shí)將結(jié)果寫入寄存器堆（R1），但SUB指令在時(shí)鐘3時(shí)讀寄存器堆（R1）。本來ADD指令應(yīng)先寫入R1，SUB指令后讀R1，結(jié)果變成SUB指令先讀R1.ADD指令后寫R1，因而發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。如果硬件上不采取措施，則第2條指令SUB至少應(yīng)該推遲兩個(gè)時(shí)鐘周期（2×100ns），即SUB指令中的指令譯碼并取數(shù)周期應(yīng)該在ADD指令的寫回周期之后才能保證不會(huì)出錯(cuò)，見表。3）如果硬件上加以改進(jìn)，則只延遲一個(gè)時(shí)鐘周期即可（100ns）。因?yàn)?/p>