2021年中南民族大學(xué)軟件工程專業(yè)《計算機(jī)組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年中南民族大學(xué)軟件工程專業(yè)《計算機(jī)組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、下面關(guān)于計算機(jī)Cache的論述中，正確的是（）。A.Cache是一種介于主存和輔存之間的存儲器，用于主存和輔存之間的緩沖存儲B.如果訪問Cache不命中，則用從內(nèi)存中取到的字節(jié)代替Cache中最近訪問過的字節(jié)C.Cache的命中率必須很高，一般要達(dá)到90%以上D.Cache中的信息必須與主存中的信息時刻保持一致2、某C語言程序段如下：for（i=0；i<9；i++）{temp=1；for（j=0；j<=i；j++）temp+=a[J]；sum+=temp；}下列關(guān)于數(shù)組a的訪問局部性的描述中，正確的是（）。A.時間局部性和空間局部性皆有B.無時間局部性，有空間局部性C.有時間局部性，無空間局部性D.時間局部性和空間局部性皆無3、在補(bǔ)碼一位乘中，若判斷位YnYn+1=01，則應(yīng)執(zhí)行的操作為（）。A.原部分積加[-x]補(bǔ)，然后右移一位B.原部分積加[x]補(bǔ)，然后右移一位C.原部分積加[-x]補(bǔ)，然后左移一位D.原部分積加[x]補(bǔ)，然后左移一位4、某字長為8位的計算機(jī)中，已知整型變量x、y的機(jī)器數(shù)分別為[x]補(bǔ)=11110100，[y]補(bǔ)=l0110000。若整型變量z=2x+y/2，則z的機(jī)器數(shù)為（）。A.11000000B.00100100C.10101010D.溢出5、在浮點(diǎn)機(jī)中，（）是隱藏的。A.階碼B.數(shù)符C.尾數(shù)D.基數(shù)6、下列有關(guān)總線定時的敘述中，錯誤的是（）。A.異步通信方式中，全互鎖協(xié)議最慢B.異步通信方式中，非互鎖協(xié)議的可靠性最差C.同步通信方式中，同步時鐘信號可由各設(shè)備提供D.半同步通信方式中，握手信號的采樣由同步時鐘控制7、一次總線事務(wù)中，主設(shè)備只需給出一個首地址，從設(shè)備就能從首地址開始的若干連續(xù)單元讀出或?qū)懭攵鄠€數(shù)據(jù)。這種總線事務(wù)方式稱為（）。A.并行傳輸B.串行傳輸C.突發(fā)傳輸D.同步傳輸8、（）可區(qū)分存儲單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。A.存儲器B.運(yùn)算C.用戶D.控制器9、計算機(jī)硬件能夠直接執(zhí)行的是（）。1.機(jī)器語言程序IⅡ.匯編語言程序Ⅲ.硬件描述語言程序入A.僅IB.僅I、ⅡC.僅I、ⅢD.I、Ⅱ、Ⅲ10、某CPU主頻為1.03GHz，采用4級指令流水線，每個流水段的執(zhí)行需要1個時鐘周期。假定CPU執(zhí)行了100條指令，在其執(zhí)行過程中，沒有發(fā)生任何流水，線阻塞，此時流水線的吞吐率為（）。A.0.25x109條指令/秒B.0.97x109條指令/秒C.1.0x109條指令/秒D.1.03x109條指令/秒11、某計算機(jī)的指令流水線由4個功能段組成，指令流經(jīng)各功能段的時間（忽略各功能段之間的緩存時間）分別為90ns，80ns、70ns和60ns，則該計算機(jī)的CPU時鐘周期至少是）（）。A.90nsB.80nsC.70nsD.60ns12、下列不屬于程序控制指令的是（）。A.無條件轉(zhuǎn)移指令B.條件轉(zhuǎn)移指令C.中斷隱指令D.循環(huán)指令13、在下列尋址中，（）尋址方式需要先運(yùn)算再訪問主存。A.立即B.變址C.間接D.直接14、依賴硬件的數(shù)據(jù)傳送方式是（）。A.程序控制B.程序中斷C.DMAD.無15、I/O指令實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送通常發(fā)生在（）。A.I/O設(shè)備和I/O端口之間B.通用寄存器和I/O設(shè)備之間C.I/O端口和I/O端口之間D.通用寄存器和I/O端口之間二、填空題16、存儲_______并按_______順序執(zhí)行，這是馮·諾依曼型計算機(jī)的工作原理。17、由于存儲器芯片的容量有限，所以往往需要在______和______兩方面進(jìn)行擴(kuò)充才能滿足實(shí)際需求。18、數(shù)控機(jī)床是計算機(jī)在_______方面的應(yīng)用，郵局把信件自動分練是在計算機(jī)_______方面的應(yīng)用。19、按IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，一個浮點(diǎn)數(shù)的階碼E的值等于指數(shù)的_________加上一個固定的_________20、形成指令尋址的方式，稱為指令尋址方式，有順序?qū)ぶ泛蚠______尋址兩種，使用_______來跟蹤。21、計算機(jī)軟件一般分為兩大類：一類叫______，另一類叫______操作系統(tǒng)屬于______類22、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。23、一位十進(jìn)制數(shù)，用BCD碼表示需要________位二進(jìn)制碼，用ASCII碼表示需要________位二進(jìn)制碼。24、對存儲器的要求是________、________、________為了解決這三個方面的矛盾。計算機(jī)采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)。25、存儲器的技術(shù)指標(biāo)有存儲容量、存取時間、________和________、三、名詞解釋題26、編譯程序：27、向量地址：28、指令編碼：29、總線事務(wù)：四、簡答題30、DMA方式有什么特點(diǎn)？什么樣的I/0設(shè)備與主機(jī)交換信息時采用DMA方式，舉例說明。31、簡述同步總線的定時方式。32、簡要說明通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口SCSI的性能特點(diǎn)。33、一個較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾類？五、計算題34、已知計算機(jī)的字長為32位，存儲器的容量為1MR.如果按字節(jié)、半字、字、雙字尋址，尋址范圍各是多少？35、一個16K×16位的存儲器，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，則存儲器刷新一遍最少用多少個存儲周期？設(shè)存儲器的存儲周期為0.5us，“死區(qū)”占多少時間？“死時間率”為多少（刷新周期為2ms）？36、假設(shè)某字長為8位的計算機(jī)中，帶符號整數(shù)采用補(bǔ)碼表示，x=-68，y=-80，x和y分別存放在寄存器A和B中。請回答下列問題（要求最終用十六進(jìn)制表示二進(jìn)制序列）：1）寄存器A和B中的內(nèi)容分別是什么？2）若x和y相加后的結(jié)果存放在寄存器C中，則寄存器C中的內(nèi)容是什么？運(yùn)算結(jié)果是否正確？此時，溢出標(biāo)志（OF）、符號標(biāo)志（SF）和零標(biāo)志（ZF）各是什么？加法器最高位的進(jìn)位C。是什么？3）若x和y相減后的結(jié)果存放在寄存器D中，則寄存器D中的內(nèi)容是什么？運(yùn)算結(jié)果是否正確？此時，溢出標(biāo)志（OF）、符號標(biāo)志（SF）和零標(biāo)志（ZF）各是什么？加法器最高位的進(jìn)位Cn是什么？4）若將加法器最高位的進(jìn)位Cn作為進(jìn)位標(biāo)志（CF），則能否直接根據(jù)CF的值對兩個帶符號整數(shù)的大小進(jìn)行比較？六、綜合題37、某計算機(jī)的主存地址空間大小為256MB，按字節(jié)編址。指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分離，均有8個Cache行，每個Cache行大小為64B，數(shù)據(jù)Cache采用直接映射方式?，F(xiàn)有兩個功能相同的程序A和B，其偽代碼如下所示：假定int類型數(shù)據(jù)用32位補(bǔ)碼表示，程序編譯時，i、j、sum均分配在寄存器中，數(shù)組a按行優(yōu)先方式存放，其首地址為320（+進(jìn)制）。請回答下列問題，要求說明理由或給出計算過程。1）若不考慮用于Cache一致性維護(hù)和替換算法的控制位，則數(shù)據(jù)Cache的總?cè)萘繛槎嗌伲?）數(shù)組元素a[0][31]和a[1][1]各自所在的主存塊對應(yīng)的Cache行號分別是多少（Cache行號從0開始）？3）程序A和B的數(shù)據(jù)訪問命中率各是多少？哪個程序的執(zhí)行時間更短？38、某16位計算機(jī)中，帶符號整數(shù)用補(bǔ)碼表示，數(shù)據(jù)Cache和指令Cache分離。表5-6給出了指令系統(tǒng)中部分指令格式，其中Rs和Rd表示寄存器，mem表示存儲單元地址，（x）表示寄存器x或存儲單元x的內(nèi)容。該計算機(jī)采用5段流水方式執(zhí)行指令，各流水段分別是取指IF、譯碼/讀寄存器ID、執(zhí)行/計算有效地址EX、訪問存儲器M、結(jié)果寫回寄存器WB，流水線采用“按序發(fā)射，按序完成”方式，沒有采用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)處理數(shù)據(jù)相關(guān)，并且同一寄存器的讀和寫操作不能在同一個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行。請回答下列問題。1）若int型變量x的值為-513，存放在寄存器RI中，則執(zhí)行指令"SHRRI”后，R1的內(nèi)容是多少？要求用十六進(jìn)制表示。2）若某個時間段中，有連續(xù)的4條指令進(jìn)入流水線，在其執(zhí)行過程中沒有發(fā)生任何指令段阻塞，則執(zhí)行這4條指令所需的時鐘周期數(shù)為多少？3）若高級語言程序中某賦值語句為x=a+b.x、a和b均為int型變量，它們的存儲單元地址分別為[x]、[a]和[b]。該語句對應(yīng)的指令序列如下，其在指令流水線中的執(zhí)行過程見表這4條指令執(zhí)行過程中，13的ID段和14的IF段被阻塞的原因各是什么？4）若高級語言程序中某賦值語句為x=2*x+a，x和a均為unsignedint型變量，它們的存儲單元地址分別表示為[xJ、[a]。執(zhí)行這條語句至少需要多少個時鐘周期？要求模仿表畫出這條語句對應(yīng)的指令序列及其在流水線中的執(zhí)行過程示意圖。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、C2、A3、B4、A5、D6、C7、C8、D9、A10、C11、A12、C13、B14、C15、D、二、填空題16、程序地址17、存取時間存儲周期存儲器帶寬18、自動控制人工智能19、真值偏移量20、跳躍程序計數(shù)器21、系統(tǒng)程序應(yīng)用程序系統(tǒng)程序22、cache浮點(diǎn)存儲23、4724、容量大速度快成本低25、存儲周期存儲器帶寬三、名詞解釋題26、編譯程序：將高級語言程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言程序的計算機(jī)軟件。27、向量地址：向量地址是存放服務(wù)程序入口地址的存儲單元地址，它由硬件形成3.雙重分組跳躍進(jìn)位：n位全加器分成若干大組，大組內(nèi)又分成若干小組，大組中小組的最高進(jìn)位同時產(chǎn)生，大組與大組間的進(jìn)位串行傳送。28、指令編碼：將指令分成操作碼和操作數(shù)地址碼的幾個字段來編碼.29、總線事務(wù)：從總線的請求到完成總線的使用的操作序列。四、簡答題30、答：由于主存和DMA接口之間有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存和設(shè)備交換信息時，不通過CPU，也不需用CPU暫?，F(xiàn)行程序為設(shè)備服務(wù)，省去了保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場，因此工作效率比程序中斷方式的效率高。適合于高速I/0或輔存與主存之間的信息交換。因為高速1/0設(shè)備若每次申請與主機(jī)交換信息時，都要等待CPU作出中斷響應(yīng)后再進(jìn)行，很可能因此使數(shù)據(jù)丟失。31、答：規(guī)定固定的傳輸率，每隔一定的時間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳遞，一直到傳輸完畢。這是一種比較簡單的通信方式，主要適合傳輸速度固定或者差異比較小的情況。32、答：（1）SCSI接口總線有8條數(shù)據(jù)線、1條奇偶校驗線、9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件：單端驅(qū)動和差分驅(qū)動。（2）總線時鐘頻率高。（3）SCSI接口總線以菊花鏈形式最多可接8臺設(shè)備。（4）每個SCSI設(shè)備有自己唯一的設(shè)備號ID=0-7。ID=7的設(shè)備有最高優(yōu)先權(quán)，ID=0的設(shè)備優(yōu)先權(quán)最低。采用分布式總線仲裁策略。（5）SCSI設(shè)備是指連接在SCSI總線上的智能設(shè)備，即除主適配器HBA外，其他SCSI設(shè)備實(shí)際是外設(shè)的適配器或控制器。（6）SCSI設(shè)備是智能設(shè)備，對SCSI總線以至主機(jī)屏蔽了實(shí)際外設(shè)的固有物理屬性，設(shè)備間可用一套標(biāo)準(zhǔn)命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（7）SCSI設(shè)備間是一種對等關(guān)系，而不是主從關(guān)系。33、答：包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、程序控制指令、輸入輸出指令、堆棧指令、字符串指令、特權(quán)指令等。五、計算題34、解：首先1MB=8Mhit（為了在后面的計算中單位統(tǒng)一）按字節(jié)尋址時，尋址范圍為：8Mbit/8bit=lMB。按半字尋址時，尋址范圍為：8Mbit/16bit=512KB。按字尋址時，尋址范圍為：8Mbit/32bit=256KB。按雙字尋址時，尋址范圍為：8Mbit/64bit=128KB。35、解析：不論采用何種刷新方式，刷新都是從單個芯片的存儲容量著手。1）采用異步刷新方式，在2ms時間內(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，則存儲器刷新一遍最少用64個存儲周期，因為存儲器的存儲周期為0.5μs，則“死區(qū)”=0.5μs×64=32μs，“死時間率”=32μs/2000μs×100%=l.6%。36、解析：1）[-68]補(bǔ)=[-1000100B]補(bǔ)=10111100B=BCH。[-80]補(bǔ)=[-1010000B]補(bǔ)=10110000B=B0H。所以，寄存器A和寄存器B中的內(nèi)容分別是BCH和BOH。2）①[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=10111100B+10110000B=（1）0110100B=6CH，最高位前面的一位1被丟棄，因此，寄存器C中的內(nèi)容為6CH。2②寄存器C中的內(nèi)容為6CH，對應(yīng)的真值為+108，而x+y的正確結(jié)果應(yīng)是-68+（-80）-148，故結(jié)果不正確。③溢出標(biāo)志位（OF）可采用以下任意一條規(guī)則判斷得到。規(guī)則1：若兩個加數(shù)的符號位相同，但與結(jié)果的符號位相異，則溢出。規(guī)則2：若最高位上的進(jìn)位和次高位上的進(jìn)位不同，則溢出。通過這兩個規(guī)則都能判斷出結(jié)果溢出，即溢出標(biāo)志位（OF）為1，說明寄存器C中的內(nèi)容不是正確的結(jié)果。結(jié)果的第一位0為符號標(biāo)志（SF），表示結(jié)果為整數(shù)。因為結(jié)果不為0，所以零標(biāo)志ZF=0。綜上，溢出標(biāo)志（OF）為1，符號標(biāo)志（SF）為0，零標(biāo)志（ZF）為0。④加法器最高位向前的進(jìn)位Cn為l。3）①[x-y]=[x]補(bǔ)+[-y]補(bǔ)=10111100B+01010000B=（1）00001100B=OCH，最高位前面的一位1被丟棄，因此，寄存器D中的內(nèi)容為CH。②對應(yīng)的真值為+12，結(jié)果正確。③兩個加數(shù)的符號位相異一定不會溢出，因此溢出標(biāo)志（OF）為0，說明寄存器D中的內(nèi)容是真正的結(jié)果：結(jié)果的第一位0為符號標(biāo)志（SF），表示結(jié)果為正數(shù)：因為結(jié)果不為0，所以零標(biāo)志ZF=0。綜上，溢出標(biāo)志（OF）為0，符號標(biāo)志（SF）為0，零標(biāo)志（ZF）為0。④加法器最高位向前的進(jìn)位Ca為1。4）從2）和3）的例子就可得出，帶符號整數(shù)-68和-80時，C。為1，而帶符號數(shù)-68和80時，Cn一樣為1，所以若將加法器最高位的進(jìn)位Ca作為進(jìn)位標(biāo)志（CF）.無法直接根據(jù)CF的值判斷兩個帶符號整數(shù)的大小。六、綜合題37、解析：1）Cache結(jié)構(gòu)如下。V…TagData此處的行即為塊（Block）。直接映射下，每塊的Cache結(jié)構(gòu)一般分為4個部分，其中，V：1位，表示所在的塊是否有效?！罕硎居糜贑ache一致性維護(hù)和替換算法的控制位。TAG：地址轉(zhuǎn)換標(biāo)記。如果不計算“…”部分，則Cache的大小由V、Tag和Data（數(shù)據(jù)）3部分組成。在直接映射中，可以將地址分為如下3個部分：Tag快索引塊內(nèi)本題中，總的尋址位數(shù)為28位（228=256M）：塊內(nèi)位為6位（25-64），5~0位；塊索引為3位（23=8），8~6位。因此，Tag=28-6-3=19位，即27~9位。每行（塊）的大小=V+Tag+數(shù)據(jù)=1+19+64×8位。數(shù)據(jù)Cache有8行，總?cè)萘繛椋?+19+64×8）×8/8=532B。2）由于數(shù)組在存儲器中按行優(yōu)先方式存放，因此每個數(shù)組元素占4B。數(shù)組首地址為320，因此可知：a[0][31]在存儲器中的地址為320+31×4=444=000110111100Ba[l][1]在存儲器中的地址為320+（256+1）×4=1348=010101000100B按直接映射方式，地址分為3部分，塊索引在地址的8~6位，因此兩地址所對應(yīng)的塊索引分別為6（110B）、5（101B）。3）數(shù)組a中每個數(shù)據(jù)只用了一次，如果程序沒有命中，則從主存中讀入一塊，大小64B，相當(dāng)于16個整數(shù)。對于程序A，如果是按行連續(xù)存放的，那么從主存讀入一塊到Cache（一次失配）后，隨后的15次便都Cache命中，讀一次管16次，因此命中率為[（216-212）/216]×100%=93.75%程序B隨列訪問數(shù)組a，由于Cache的容量太小，讀入的數(shù)據(jù)塊留不到下次用便又被替換，因此每次都失敗，命中率為0%。另一種算法是，由于數(shù)組a一行的數(shù)據(jù)量為1KB>64B，因此訪問第0行時，每個元素都不命中，由于數(shù)組有256列，數(shù)據(jù)Cache僅有8行，故訪問數(shù)組后續(xù)列元素仍然不命中，于是程序B的數(shù)據(jù)訪問命中率為0%。由于從Cache讀數(shù)據(jù)比從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)快很多，因此程序A的執(zhí)行時間更短。分析：1）V、Tag、Data是每個Cache塊（行）的必要組成。為了提高效率或者實(shí)行替換算法，每個塊還需要一些控制位，這些位根據(jù)不同的設(shè)計要求而定。2）本題中計算兩個數(shù)組元素的地址是關(guān)鍵。3）命中率的計算是本問題的關(guān)鍵。注意數(shù)組訪問與數(shù)組在內(nèi)存中的存儲方式，以及命中率的定義。38、解析：1）x的值為-513，可求得[x]原=1000001000000001B，除符號位外，各位取反加1.可以求得[x]補(bǔ)=1111110111111111B.轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制表示為：FDFFH。可以得到，指令執(zhí)行前R1中存放的內(nèi)容為：FDFFH。執(zhí)行指令“SHRR1"，表示將寄存器RI的內(nèi)容算術(shù)右移1位，右移1位之后的結(jié)果為：1111111011111111B，將其轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制表示為：FEFFH，所以，執(zhí)行指令“SHRRI”后，R1的內(nèi)容是FEFFH。2）除了第1條指令需要5個時鐘周期輸出結(jié)果外，后面的3條指令都只需要一個時鐘周期就可以輸出結(jié)果，所以至少需要5+（4-1）x1=8個時鐘周期。3）各條指令語句的含義如下：I1LOADR