2021年?yáng)|南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年?yáng)|南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、某計(jì)算機(jī)有16個(gè)通用寄存器，采用32位定長(zhǎng)指令字，操作碼字段（含尋址方式位）為8位，Store指令的源操作數(shù)和目的操作數(shù)分別采用寄存器直接尋址和基址尋址方式。若基址寄存器可使用任一通用寄存器，且偏移量用補(bǔ)碼表示，則Store指令中偏移量的取值范圍是（）。A.-32768~+32767B.-32767~+32768C.-65536~+65535D.-65535~+655362、假設(shè)某指令的一個(gè)操作數(shù)采用變址尋址方式，變址寄存器中的值為007CH，地址007CH中的內(nèi)容為0124H，指令中給出的形式地址為B000H，地址B000H中的內(nèi)容為C000H，則該操作數(shù)的有效地址為（）。A.B124HB.Cl24HC.B07CHD.CO7CH3、假定變量i、f、d的數(shù)據(jù)類(lèi)型分別為int、float、double（int用補(bǔ)碼表示，float和double用IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中的單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位機(jī)器中執(zhí)行下列關(guān)系表達(dá)式，則結(jié)果為真的是（）。I.i==（int）（float）iⅡ.f==（float）（int）fIⅡ.f==（float）（double）fⅣ.（d+f）-d=fA.僅I、ⅡB.僅I、ⅢC.僅Ⅱ、ⅢD.僅Ⅲ、Ⅳ4、下列關(guān)于各種移位的說(shuō)法中正確的是（）。I.假設(shè)機(jī)器數(shù)采用反碼表示，當(dāng)機(jī)器數(shù)為負(fù)時(shí)，左移時(shí)最高數(shù)位丟0，結(jié)果出錯(cuò)；右移時(shí)最低數(shù)位丟0，影響精度Ⅱ在算術(shù)移位的情況下，補(bǔ)碼左移的前提條件是其原最高有效位與原符號(hào)位要相同Ⅲ.在算術(shù)移位的情況下，雙符號(hào)位的移位操作中只有低符號(hào)位需要參加移位操作（）A.Ⅲ、ⅡB.只有ⅡC.只有ⅢD.全錯(cuò)5、設(shè)x為整數(shù)，[x]補(bǔ)=1.x1x2x3x4x5，若要x<-16，x1~x5應(yīng)滿足的條件是（）。A.x1~x5至少有一個(gè)為1B.x1必須為1，x2~x5至少有一個(gè)為1C.x1必須為0，x2~x5至少有一個(gè)為1D.x1必須為0，x2~x5任意6、下列關(guān)于ROM和RAM的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）。I.CD-ROM是ROM的一種，因此只能寫(xiě)入一次ⅡFlash快閃存儲(chǔ)器屬于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，具有隨機(jī)存取的功能Ⅲ.RAM的讀出方式是破壞性讀出，因此讀后需要再生IV.SRAM讀后不需要刷新，而DRAM讀后需要刷新A.I、ⅡB.I、Ⅲ、ⅣC.Ⅱ、ⅢD.I、Ⅱ、lⅢ7、某C語(yǔ)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(wèn)局部性的描述中，正確的是（）。A.時(shí)間局部性和空間局部性皆有B.無(wú)時(shí)間局部性，有空間局部性C.有時(shí)間局部性，無(wú)空間局部性D.時(shí)間局部性和空間局部性皆無(wú)8、（）可區(qū)分存儲(chǔ)單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。A.存儲(chǔ)器B.運(yùn)算C.用戶D.控制器9、已知計(jì)算機(jī)A的時(shí)鐘頻率為800MHz，假定某程序在計(jì)算機(jī)A上運(yùn)行需要12s。現(xiàn)在硬件設(shè)計(jì)人員想設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)B，希望該程序在B上的運(yùn)行時(shí)間能縮短為8s，使用新技術(shù)后可使B的時(shí)鐘頻率大幅度提高，但在B上運(yùn)行該程序所需要的時(shí)鐘周期數(shù)為在A上的1.5倍。那么，機(jī)器B的時(shí)鐘頻率至少應(yīng)為（）能運(yùn)到所希望的要求。A.800MHzB.1.2GHzC.1.5GHzD.1.8GHz10、在下列各種情況中，最應(yīng)采用異步傳輸方式的是（）.A.I/O接口與打印機(jī)交換信息B.CPU與主存交換信息C.CPU和PCI總線交換信息D.由統(tǒng)一時(shí)序信號(hào)控制方式下的設(shè)備11、下列關(guān)于總線設(shè)計(jì)的敘述中，錯(cuò)誤的是（）。A.并行總線傳輸比串行總線傳輸速度快B.采用信號(hào)線復(fù)用技術(shù)可減少信號(hào)線數(shù)量C.采用突發(fā)傳輸方式可提高總線數(shù)據(jù)傳輸率D.采用分離事務(wù)通信方式可提高總線利用率12、某計(jì)算機(jī)采用微程序控制器，共有32條指令，公共的取指令微程序包含2條微指令，各指令對(duì)應(yīng)的微程序平均由4條微指令組成，采用斷定法（下地址字，段法）確定下條微指令地址，則微指令中下地址字段的位數(shù)至少是（）。A.5B.6C.8D.913、組合邏輯控制器和微程序控制器的主要區(qū)別在于（）。A.ALU結(jié)構(gòu)不同B.數(shù)據(jù)通路不同C.CPU寄存器組織不同D.微操作信號(hào)發(fā)生器的構(gòu)成方法不同。14、CPU在中斷周期中（）A.執(zhí)行中斷服務(wù)程序B.執(zhí)行中斷隱指令C.與I/O設(shè)備傳送數(shù)據(jù)D.處理異常情況15、若某設(shè)備中斷請(qǐng)求的響應(yīng)和處理時(shí)間為100ns，每400ns發(fā)出一次中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)所允許的最長(zhǎng)延遲時(shí)間為50ns，則在該設(shè)備持續(xù)工作過(guò)程中、CPU用于該設(shè)備的I/O時(shí)間占整個(gè)CPU時(shí)間的百分比至少是（）。A.12.5%B.25%C.37.5%D.50%二、填空題16、指令格式是指令用_______表示的結(jié)構(gòu)形式，通常格式中由操作碼字段和_______字段組成。17、堆棧是一種特殊的數(shù)據(jù)尋址方式，它采用________原理。按結(jié)構(gòu)不同，分為_(kāi)_______堆棧和________堆棧。18、閃速存儲(chǔ)器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，因此作為_(kāi)______用于便攜式電腦中。19、不同的CRT顯示標(biāo)準(zhǔn)所支持的最大________和________數(shù)目是不同的。20、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。21、在計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)中，將______和______和在一起稱(chēng)為CPU，而將CPU和______合在一起稱(chēng)為主機(jī)。22、總線仲裁部件通過(guò)采用________策略或________策略，選擇其中一個(gè)主設(shè)備作為總線的下次，接管總線控制權(quán)。23、中斷處理過(guò)程可以嵌套進(jìn)行，_________的設(shè)備可以中斷_________的中斷服務(wù)程序。24、PCI總線采用_______仲裁方式，每一個(gè)PCI設(shè)備都有獨(dú)立的總線請(qǐng)求和總線授權(quán)兩條信號(hào)線與_______相連。25、計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類(lèi)：一類(lèi)叫______,另一類(lèi)叫______操作系統(tǒng)屬于_______類(lèi)。三、名詞解釋題26、自陷指令：特殊的處理程序，又叫中斷指令.27、并行傳輸：28、指令：29、異步控制方式：四、簡(jiǎn)答題30、說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。31、在浮點(diǎn)數(shù)中，階碼的正負(fù)和尾數(shù)的正負(fù)各代表什么含意？對(duì)實(shí)際數(shù)值的正負(fù)與大小有何影響？32、什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？33、什么是中斷隱指令，有哪些功能？五、計(jì)算題34、某計(jì)算機(jī)的CPU主頻為500MHz，所連接的某外設(shè)的最大數(shù)據(jù)傳輸率為20KB/s，該外設(shè)接口中有一個(gè)16位的數(shù)據(jù)緩存器，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為500個(gè)時(shí)鐘周期。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：1）是否可用中斷方式進(jìn)行該外設(shè)的輸入輸出？若能，在該設(shè)備持續(xù)工作期間，CPU用于該設(shè)備進(jìn)行輸入/輸出的時(shí)間占整個(gè)CPU時(shí)間的百分比大約為多少？2）若該外設(shè)的最大數(shù)據(jù)傳輸率是2MB/s，則可否用中斷方式進(jìn)行輸入輸出？35、假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，其中階碼6位（包含兩位階符），尾數(shù)10位（包含兩位數(shù)符）。已知十進(jìn)制數(shù)x=125，y=-18.125，試計(jì)算[x-y]補(bǔ)。（其結(jié)果用二進(jìn)制真值表示，舍入時(shí)采用0舍l入法）。36、有一臺(tái)磁盤(pán)機(jī)，其平均尋道時(shí)間為30ms，平均等待時(shí)間為10ms，數(shù)據(jù)傳輸率為500B/ms，磁盤(pán)機(jī)中隨機(jī)存放著1000塊、每塊為3000B的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)想把“塊塊數(shù)據(jù)取走，更新后再放回原地。假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r(shí)間為：平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。另外，使用CPU更新信息所需時(shí)間為4ms，并且更新時(shí)間同輸入/輸出操作不相重疊。試問(wèn)：1）更新磁盤(pán)上的全部數(shù)據(jù)需多少時(shí)間？2）若磁盤(pán)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少時(shí)間？六、綜合題37、寫(xiě)出一個(gè)定點(diǎn)8位字長(zhǎng)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。38、設(shè)某機(jī)器共能完成120種操作，CPU共有8個(gè)通用寄存器，且寄存器都為12位。主存容量為16K字（機(jī)器采用按字尋址），采用寄存器-存儲(chǔ)器型指令。1）欲使指令可直接訪問(wèn)主存的任意地址，指令字長(zhǎng)應(yīng)取多少位？2）若在上述設(shè)計(jì)的指令字中設(shè)置一尋址特征位X，且X=0表示某個(gè)寄存器作為基址寄存器，試畫(huà)出指令格式。試問(wèn)采用基址尋址可否訪問(wèn)主存的任意單元？為什么？如不能，提出一種方案，使得指令可訪問(wèn)主存的任意位置。3）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，且主存容量擴(kuò)大到64K字，在不改變硬件結(jié)構(gòu)的前提下，可采用什么方法使得指令可訪問(wèn)存儲(chǔ)器的任意位置。39、某程序中有如下循環(huán)代碼段p：“for（inti=0；i<N；i++）sum+=A[i]；”。假設(shè)編譯時(shí)變量sum和i分別分配在寄存器R1和R2中。常量N在寄存器R6中，數(shù)組A的首地址在寄存器R3中。程序段P起始地址為08048100H，對(duì)應(yīng)的匯編代碼和機(jī)器代碼見(jiàn)下表。執(zhí)行上述代碼的計(jì)算機(jī)M采用32位定長(zhǎng)指令字，其中分支指令bne采用如下格式：OP為操作碼：Rs和Rd為寄存器編號(hào)：OFFSET為偏移量，用補(bǔ)碼表示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題，并說(shuō)明理由。1）M的存儲(chǔ)器編址單位是什么？2）已知sll指令實(shí)現(xiàn)左移功能，數(shù)組A中每個(gè)元素占多少位？3）表中bne指令的OFFSET字段的值是多少？已知bne指令采用相對(duì)尋址方式，當(dāng)前，PC內(nèi)容為bne指令地址，通過(guò)分析題表中指令地址和bne指令內(nèi)容，推斷出bne指令的轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址計(jì)算公式。4）若M采用如下“按序發(fā)射、按序完成”的5級(jí)指令流水線：IF（取指）、ID（譯碼及取數(shù)）、EXE（執(zhí)行）、MEM（訪存）、WB（寫(xiě)回寄存器），且硬件不采取任何轉(zhuǎn)發(fā)措施，分支指令的執(zhí)行均引起3個(gè)時(shí)鐘周期的阻塞，則P中哪些指令的執(zhí)行會(huì)由于數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生流水線阻塞？哪條指令的執(zhí)行會(huì)發(fā)生控制冒險(xiǎn)？為什么指令1的執(zhí)行不會(huì)因?yàn)榕c指令5的數(shù)據(jù)相關(guān)而發(fā)生阻塞？

參考答案一、選擇題1、A2、C3、B4、D5、D6、D7、A8、D9、D10、A11、A12、C13、D14、B、15、B、二、填空題16、二進(jìn)制代碼地址碼17、先進(jìn)后出寄存器存儲(chǔ)器18、瞬時(shí)啟動(dòng)固態(tài)盤(pán)19、分辨率顏色20、階碼指對(duì)階21、運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器22、優(yōu)先級(jí)公平主方23、優(yōu)先級(jí)高優(yōu)先級(jí)低24、集中式中央仲裁器25、系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件三、名詞解釋題26、自陷指令：特殊的處理程序，又叫中斷指令.27、并行傳輸：每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要單獨(dú)一條傳輸線，所有的數(shù)據(jù)位同時(shí)進(jìn)行傳輸。（在采用并行傳輸方式的總線中，除了有傳輸數(shù)據(jù)的線路外，還可以具有傳輸?shù)刂泛涂刂菩盘?hào)的線路，地址線用于選擇存儲(chǔ)單元和設(shè)備，控制線用于傳遞操作信號(hào)）28、指令：是一種經(jīng)過(guò)編碼的操作命令，它指定需要進(jìn)行的操作，支配計(jì)算機(jī)中的信息傳遞以及主機(jī)與輸入輸出設(shè)備之間的信息傳遞，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)軟件的基本元素。29、異步控制方式：異步控制不存在基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)，微操作的時(shí)序是由專(zhuān)用的應(yīng)答線路控制的，即控制器發(fā)出某一個(gè)微操作控制信號(hào)后，等待執(zhí)行部件完成該操作時(shí)所發(fā)回的“回答”或“終了”信號(hào)，再開(kāi)始下一個(gè)微操作。四、簡(jiǎn)答題30、答：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即：存取周期=存取時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間31、答：（1）階碼為正，表示將尾數(shù)擴(kuò)大（2）階碼為負(fù)，表示將尾數(shù)縮?。?）尾數(shù)的正負(fù)代表浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù)32、答：多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，發(fā)生了更高級(jí)、更緊迫的事件，CPU暫?，F(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開(kāi)中斷。33、答：CPU響應(yīng)中斷之后，經(jīng)過(guò)某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實(shí)現(xiàn)的，我們把它稱(chēng)為中斷隱指令。它不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令，沒(méi)有操作碼，所以是一種不允許、也不可能為用戶使用的特殊指令。五、計(jì)算題34、解析：1）因?yàn)樵撏庠O(shè)接口中有一個(gè)16位數(shù)據(jù)緩存器，所以，若用中斷方式進(jìn)行輸入/輸出，可以每16位進(jìn)行一次中斷請(qǐng)求，因此，中斷請(qǐng)求的時(shí)間間隔為2B/20KB/s=100μs.對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為：（1/500MHz）×500=1μs。因?yàn)橹袛囗憫?yīng)過(guò)程就是執(zhí)行條隱指令的過(guò)程，所用時(shí)間相對(duì)于中斷處理時(shí)間（執(zhí)行中斷服務(wù)程序的時(shí)間）而言，幾乎可以忽略不計(jì)，因而整個(gè)中斷響應(yīng)并處理的時(shí)間大約為1μs多一點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中斷請(qǐng)求的間隔時(shí)間。因此，可以用中斷方式進(jìn)行該外設(shè)的輸入輸出。若用中斷方式進(jìn)行該設(shè)備的輸入/輸出，則該設(shè)備持續(xù)上作期間，CPU用于該設(shè)備進(jìn)行輸入/輸出的時(shí)間占整個(gè)CPU時(shí)間的百分比大約為1/100=1%。2）若外設(shè)的最大傳輸率為2MB/s，則中斷請(qǐng)求的時(shí)間間隔為106×2B/2MB=1μs。而整個(gè)中斷響應(yīng)并處理的時(shí)間大約為1μs多一點(diǎn)，中斷請(qǐng)求的間隔時(shí)間小于中斷響應(yīng)和處理時(shí)間，即中斷處理還未結(jié)束就會(huì)有該外設(shè)新的中斷到來(lái)，因此不可以用中斷方式進(jìn)行該外設(shè)的輸入輸出35、64.解析：首先將x和y轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101由于jx=00，0111，因此[jx]補(bǔ)=00，0111，同理[-jy]補(bǔ)=11，1011故[jx]補(bǔ)=00，0111；00.11111010[-jy]補(bǔ)=00，0101；11.01101111下面可以按照5個(gè)步驟來(lái)做：1)對(duì)階。求階差：[?j]補(bǔ)=[jx]補(bǔ)-[jx]補(bǔ)=[jx]補(bǔ)+[-jy]補(bǔ)。所以y的階碼要低2，故應(yīng)該y向x對(duì)齊，y尾數(shù)需要右移兩位，階碼加2，如下：[y]補(bǔ)=000111，11.110110112）2)尾數(shù)求差。00.11111010+00.00100101（這里加的是y尾數(shù)的負(fù)數(shù)補(bǔ)碼）01.00011111即[x-y]補(bǔ)=00，0111；01.00011111。3）規(guī)格化。尾數(shù)出現(xiàn)01.×××…x，說(shuō)明需要右規(guī)一次即可，階碼加1，最后可得[x-y]補(bǔ)=00，1000；00.100011111（加了下畫(huà)線的1為右規(guī)丟棄的1）4）舍入處理。山于右規(guī)低位丟1，因此尾數(shù)末位加1，即尾數(shù)變?yōu)?0.10010000。5）溢出判斷。最后階符為00，沒(méi)有溢出，最后應(yīng)將[x-y]補(bǔ)=001000，00.10010000轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=1001000036、解析：由于數(shù)據(jù)塊是隨機(jī)存放的，因此每取出或?qū)懭胍粔K均要定位。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間=3000B÷500B/ms=6ms.1）更新全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間=2×1000×（平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，間）+1000×CPU更新信息時(shí)間=2×1000×（30+10+6）+1000×4=96000ms=96s2）磁盤(pán)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后，平均等待時(shí)間為5ms。數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍，即1000B/ms.數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間變?yōu)?000÷1000B/ms=3ms。更新全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間=2×1000×（30+5+3）+1000×4=80000ms=80s六、綜合題37、解析：此題考查各種機(jī)器數(shù)的表示范圍：1）不帶符號(hào)數(shù)表示范圍：0~255。2）原碼表示：-127~+127。3）補(bǔ)碼表示：-128~+127。4）反碼表示：-127~+127。5）移碼表示：-128~+127。38、解析：1）首先，操作碼可以確定為7位；8個(gè)通用寄存器需要3位來(lái)表示；訪問(wèn)16K字的主存也需要14位，故指令字長(zhǎng)需要7+3+14=24位，指令格式如下：2）由于增加了一位尋址特征位，且基址寄存器使用了通用寄存器，因此除了加一位尋址方式X，還得空一個(gè)字段（基址寄存器編號(hào)R1）來(lái)表示使用哪一個(gè)通用寄存器作為基址寄存器，故指令格式為另外，由于覆蓋主存的16K字需要14位的地址，而寄存器只有12位，因此采用基址尋址不可以訪問(wèn)主存的任意單元，但可以將通用