2021年東南大學計算機科學與技術專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A(有答案)

2021年東南大學計算機科學與技術專業(yè)《計算機組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、某計算機有16個通用寄存器，采用32位定長指令字，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、假設某指令的一個操作數(shù)采用變址尋址方式，變址寄存器中的值為007CH，地址007CH中的內容為0124H，指令中給出的形式地址為B000H，地址B000H中的內容為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)類型分別為int、float、double（int用補碼表示，float和double用IEEE754標準中的單精度和雙精度浮點數(shù)據(jù)格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位機器中執(zhí)行下列關系表達式，則結果為真的是（）。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、下列關于各種移位的說法中正確的是（）。I.假設機器數(shù)采用反碼表示，當機器數(shù)為負時，左移時最高數(shù)位丟0，結果出錯；右移時最低數(shù)位丟0，影響精度Ⅱ在算術移位的情況下，補碼左移的前提條件是其原最高有效位與原符號位要相同Ⅲ.在算術移位的情況下，雙符號位的移位操作中只有低符號位需要參加移位操作（）A.Ⅲ、ⅡB.只有ⅡC.只有ⅢD.全錯5、設x為整數(shù)，[x]補=1.x1x2x3x4x5，若要x<-16，x1~x5應滿足的條件是（）。A.x1~x5至少有一個為1B.x1必須為1，x2~x5至少有一個為1C.x1必須為0，x2~x5至少有一個為1D.x1必須為0，x2~x5任意6、下列關于ROM和RAM的說法中，錯誤的是（）。I.CD-ROM是ROM的一種，因此只能寫入一次ⅡFlash快閃存儲器屬于隨機存取存儲器，具有隨機存取的功能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.運算C.用戶D.控制器9、已知計算機A的時鐘頻率為800MHz，假定某程序在計算機A上運行需要12s?，F(xiàn)在硬件設計人員想設計計算機B，希望該程序在B上的運行時間能縮短為8s，使用新技術后可使B的時鐘頻率大幅度提高，但在B上運行該程序所需要的時鐘周期數(shù)為在A上的1.5倍。那么，機器B的時鐘頻率至少應為（）能運到所希望的要求。A.800MHzB.1.2GHzC.1.5GHzD.1.8GHz10、在下列各種情況中，最應采用異步傳輸方式的是（）.A.I/O接口與打印機交換信息B.CPU與主存交換信息C.CPU和PCI總線交換信息D.由統(tǒng)一時序信號控制方式下的設備11、下列關于總線設計的敘述中，錯誤的是（）。A.并行總線傳輸比串行總線傳輸速度快B.采用信號線復用技術可減少信號線數(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.采用分離事務通信方式可提高總線利用率12、某計算機采用微程序控制器，共有32條指令，公共的取指令微程序包含2條微指令，各指令對應的微程序平均由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結構不同B.數(shù)據(jù)通路不同C.CPU寄存器組織不同D.微操作信號發(fā)生器的構成方法不同。14、CPU在中斷周期中（）A.執(zhí)行中斷服務程序B.執(zhí)行中斷隱指令C.與I/O設備傳送數(shù)據(jù)D.處理異常情況15、若某設備中斷請求的響應和處理時間為100ns，每400ns發(fā)出一次中斷請求，中斷響應所允許的最長延遲時間為50ns，則在該設備持續(xù)工作過程中、CPU用于該設備的I/O時間占整個CPU時間的百分比至少是（）。A.12.5%B.25%C.37.5%D.50%二、填空題16、指令格式是指令用_______表示的結構形式，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。按結構不同，分為________堆棧和________堆棧。18、閃速存儲器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，因此作為_______用于便攜式電腦中。19、不同的CRT顯示標準所支持的最大________和________數(shù)目是不同的。20、移碼表示法主要用于表示浮點數(shù)的_______碼，以利于比較兩個_______數(shù)的大小和進行操作。21、在計算機術語中，將______和______和在一起稱為CPU，而將CPU和______合在一起稱為主機。22、總線仲裁部件通過采用________策略或________策略，選擇其中一個主設備作為總線的下次，接管總線控制權。23、中斷處理過程可以嵌套進行，_________的設備可以中斷_________的中斷服務程序。24、PCI總線采用_______仲裁方式，每一個PCI設備都有獨立的總線請求和總線授權兩條信號線與_______相連。25、計算機軟件一般分為兩大類：一類叫______,另一類叫______操作系統(tǒng)屬于_______類。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、簡答題30、說明存取周期和存取時間的區(qū)別。31、在浮點數(shù)中，階碼的正負和尾數(shù)的正負各代表什么含意？對實際數(shù)值的正負與大小有何影響？32、什么是多重中斷？實現(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、計算題34、某計算機的CPU主頻為500MHz，所連接的某外設的最大數(shù)據(jù)傳輸率為20KB/s，該外設接口中有一個16位的數(shù)據(jù)緩存器，相應的中斷服務程序的執(zhí)行時間為500個時鐘周期。請回答下列問題：1）是否可用中斷方式進行該外設的輸入輸出？若能，在該設備持續(xù)工作期間，CPU用于該設備進行輸入/輸出的時間占整個CPU時間的百分比大約為多少？2）若該外設的最大數(shù)據(jù)傳輸率是2MB/s，則可否用中斷方式進行輸入輸出？35、假設機器字長為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）。已知十進制數(shù)x=125，y=-18.125，試計算[x-y]補。（其結果用二進制真值表示，舍入時采用0舍l入法）。36、有一臺磁盤機，其平均尋道時間為30ms，平均等待時間為10ms，數(shù)據(jù)傳輸率為500B/ms，磁盤機中隨機存放著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。假設一次取出或寫入所需時間為：平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳輸時間。另外，使用CPU更新信息所需時間為4ms，并且更新時間同輸入/輸出操作不相重疊。試問：1）更新磁盤上的全部數(shù)據(jù)需多少時間？2）若磁盤機的旋轉速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少時間？六、綜合題37、寫出一個定點8位字長的二進制數(shù)在下列情況中所能表示的真值（數(shù)值）范圍：1）不帶符號數(shù)表示。2）原碼表示。3）補碼表示。4）反碼表示。5）移碼表示。38、設某機器共能完成120種操作，CPU共有8個通用寄存器，且寄存器都為12位。主存容量為16K字（機器采用按字尋址），采用寄存器-存儲器型指令。1）欲使指令可直接訪問主存的任意地址，指令字長應取多少位？2）若在上述設計的指令字中設置一尋址特征位X，且X=0表示某個寄存器作為基址寄存器，試畫出指令格式。試問采用基址尋址可否訪問主存的任意單元？為什么？如不能，提出一種方案，使得指令可訪問主存的任意位置。3）若存儲字長等于指令字長，且主存容量擴大到64K字，在不改變硬件結構的前提下，可采用什么方法使得指令可訪問存儲器的任意位置。39、某程序中有如下循環(huán)代碼段p：“for（inti=0；i<N；i++）sum+=A[i]；”。假設編譯時變量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，對應的匯編代碼和機器代碼見下表。執(zhí)行上述代碼的計算機M采用32位定長指令字，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：OFFSET為偏移量，用補碼表示。請回答下列問題，并說明理由。1）M的存儲器編址單位是什么？2）已知sll指令實現(xiàn)左移功能，數(shù)組A中每個元素占多少位？3）表中bne指令的OFFSET字段的值是多少？已知bne指令采用相對尋址方式，當前，PC內容為bne指令地址，通過分析題表中指令地址和bne指令內容，推斷出bne指令的轉移目標地址計算公式。4）若M采用如下“按序發(fā)射、按序完成”的5級指令流水線：IF（取指）、ID（譯碼及取數(shù)）、EXE（執(zhí)行）、MEM（訪存）、WB（寫回寄存器），且硬件不采取任何轉發(fā)措施，分支指令的執(zhí)行均引起3個時鐘周期的阻塞，則P中哪些指令的執(zhí)行會由于數(shù)據(jù)相關而發(fā)生流水線阻塞？哪條指令的執(zhí)行會發(fā)生控制冒險？為什么指令1的執(zhí)行不會因為與指令5的數(shù)據(jù)相關而發(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、二進制代碼地址碼17、先進后出寄存器存儲器18、瞬時啟動固態(tài)盤19、分辨率顏色20、階碼指對階21、運算器控制器存儲器22、優(yōu)先級公平主方23、優(yōu)先級高優(yōu)先級低24、集中式中央仲裁器25、系統(tǒng)軟件應用軟件系統(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：每個數(shù)據(jù)位都需要單獨一條傳輸線，所有的數(shù)據(jù)位同時進行傳輸。（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)刂泛涂刂菩盘柕木€路，地址線用于選擇存儲單元和設備，控制線用于傳遞操作信號）28、指令：是一種經過編碼的操作命令，它指定需要進行的操作，支配計算機中的信息傳遞以及主機與輸入輸出設備之間的信息傳遞，是構成計算機軟件的基本元素。29、異步控制方式：異步控制不存在基準時標信號，微操作的時序是由專用的應答線路控制的，即控制器發(fā)出某一個微操作控制信號后，等待執(zhí)行部件完成該操作時所發(fā)回的“回答”或“終了”信號，再開始下一個微操作。四、簡答題30、答：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復時間。即：存取周期=存取時間+恢復時間31、答：（1）階碼為正，表示將尾數(shù)擴大（2）階碼為負，表示將尾數(shù)縮?。?）尾數(shù)的正負代表浮點數(shù)的正負32、答：多重中斷是指：當CPU執(zhí)行某個中斷服務程序的過程中，發(fā)生了更高級、更緊迫的事件，CPU暫?，F(xiàn)行中斷服務程序的執(zhí)行，轉去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。實現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開中斷。33、答：CPU響應中斷之后，經過某些操作，轉去執(zhí)行中斷服務程序。這些操作是由硬件直接實現(xiàn)的，我們把它稱為中斷隱指令。它不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令，沒有操作碼，所以是一種不允許、也不可能為用戶使用的特殊指令。五、計算題34、解析：1）因為該外設接口中有一個16位數(shù)據(jù)緩存器，所以，若用中斷方式進行輸入/輸出，可以每16位進行一次中斷請求，因此，中斷請求的時間間隔為2B/20KB/s=100μs.對應的中斷服務程序的執(zhí)行時間為：（1/500MHz）×500=1μs。因為中斷響應過程就是執(zhí)行條隱指令的過程，所用時間相對于中斷處理時間（執(zhí)行中斷服務程序的時間）而言，幾乎可以忽略不計，因而整個中斷響應并處理的時間大約為1μs多一點，遠遠小于中斷請求的間隔時間。因此，可以用中斷方式進行該外設的輸入輸出。若用中斷方式進行該設備的輸入/輸出，則該設備持續(xù)上作期間，CPU用于該設備進行輸入/輸出的時間占整個CPU時間的百分比大約為1/100=1%。2）若外設的最大傳輸率為2MB/s，則中斷請求的時間間隔為106×2B/2MB=1μs。而整個中斷響應并處理的時間大約為1μs多一點，中斷請求的間隔時間小于中斷響應和處理時間，即中斷處理還未結束就會有該外設新的中斷到來，因此不可以用中斷方式進行該外設的輸入輸出35、64.解析：首先將x和y轉換成浮點數(shù)x=125=0.11111010×2011y=-18.125=-0.10010001×20101由于jx=00，0111，因此[jx]補=00，0111，同理[-jy]補=11，1011故[jx]補=00，0111；00.11111010[-jy]補=00，0101；11.01101111下面可以按照5個步驟來做：1)對階。求階差：[?j]補=[jx]補-[jx]補=[jx]補+[-jy]補。所以y的階碼要低2，故應該y向x對齊，y尾數(shù)需要右移兩位，階碼加2，如下：[y]補=000111，11.110110112）2)尾數(shù)求差。00.11111010+00.00100101（這里加的是y尾數(shù)的負數(shù)補碼）01.00011111即[x-y]補=00，0111；01.00011111。3）規(guī)格化。尾數(shù)出現(xiàn)01.×××…x，說明需要右規(guī)一次即可，階碼加1，最后可得[x-y]補=00，1000；00.100011111（加了下畫線的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，沒有溢出，最后應將[x-y]補=001000，00.10010000轉換為二進制真值，即500x-y=0.10010000×2001000=0.10010000×28=1001000036、解析：由于數(shù)據(jù)塊是隨機存放的，因此每取出或寫入一塊均要定位。數(shù)據(jù)傳輸時間=3000B÷500B/ms=6ms.1）更新全部數(shù)據(jù)所需時間=2×1000×（平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳輸時，間）+1000×CPU更新信息時間=2×1000×（30+10+6）+1000×4=96000ms=96s2）磁盤機旋轉速度提高一倍后，平均等待時間為5ms。數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍，即1000B/ms.數(shù)據(jù)傳輸時間變?yōu)?000÷1000B/ms=3ms。更新全部數(shù)據(jù)所需時間=2×1000×（30+5+3）+1000×4=80000ms=80s六、綜合題37、解析：此題考查各種機器數(shù)的表示范圍：1）不帶符號數(shù)表示范圍：0~255。2）原碼表示：-127~+127。3）補碼表示：-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個通用寄存器需要3位來表示；訪問16K字的主存也需要14位，故指令字長需要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，還得空一個字段（基址寄存器編號R1）來表示使用哪一個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主存的任意單元，但可以將通用