2022年中南大學(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)

2022年中南大學(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、采用指令Cache與數(shù)據(jù)Cache分離的主要目的是（）。A.降低Cache的缺失損失B.提高Cache的命中率C.降低CPU平均訪存時間D.減少指令流水線資源沖突2、某SRAM芯片，其容量為512×8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.23B.25C.50D.193、下列關(guān)于配備32位微處理器的計算機(jī)的說法中，正確的是（）。該機(jī)器的通用寄存器一般為32位Ⅱ.該機(jī)器的地址總線寬度為32位Ⅲ.該機(jī)器能支持64位操作系統(tǒng)IV.一般來說，64位微處理器的性能比32位微處理器的高A.I、ⅡB.I、ⅢC.I、ⅣD.I、IⅡ、Ⅳ4、只有當(dāng)程序要執(zhí)行時，它才會去將源程序翻譯成機(jī)器語言，而且一次只能讀取、翻譯并執(zhí)行源程序中的一行語句，此程序稱為（）。A.目標(biāo)程序B.編譯程序C.解釋程序D.匯編程序5、將高級語言源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器目標(biāo)代碼文件的程序是（）。A.匯編程序B.鏈接程序C.編譯程序D.解釋程序6、關(guān)于總線的敘述，下列說法正確的是（）。I.總線忙信號由總線控制器建立II.計數(shù)器定時查詢方式不需要總線同意信號III.鏈?zhǔn)讲樵?、計?shù)器查詢、獨(dú)立請求方式所需控制線路由少到多排序是：鏈?zhǔn)讲樵?、?dú)立請求方式、計數(shù)器查詢A.僅I、IIIB.僅II，IIIC.僅IIID.僅II7、在異步通信方式中，一個總線傳輸周期的過程是（）。A.先傳送數(shù)據(jù)，再傳送地址B.先傳送地址，再傳送數(shù)據(jù)C.只傳輸數(shù)據(jù)D.無法確定8、（）不是常用三級時序系統(tǒng)中的一級。A.指令周期B.機(jī)器周期C.節(jié)拍D.定時脈沖9、同步控制是（）。A.只適用于CPU控制的方式B.由統(tǒng)一時序信號控制的方式C.所有指令執(zhí)行時問都相同的方式D.不強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一時序信號控制的方式10、下列操作中，不屬于“中斷隱指令”所完成的是（）。I.關(guān)中斷II.開中斷III.保護(hù)現(xiàn)場IV.保存斷點(diǎn)V.將中斷服務(wù)程序首地址送PCA.I，IIB.II，III，VC.II，IIID.III，V11、各種外部設(shè)備均通過（）電路，才能連接到系統(tǒng)總線上。A.外設(shè)B.內(nèi)存C.中斷D.接口12、為了表示無符號十進(jìn)制整數(shù)，下列哪些是合法的8421BCD碼？（）I.01111001Ⅱ.11010110Ⅲ.00001100Ⅳ.1000010lA.I、IⅡB.Ⅱ、ⅢC.I、ⅣD.I、Ⅱ、Ⅲ13、在定點(diǎn)機(jī)中執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算時會產(chǎn)生溢出，其根本原因是（）。A.主存容量不夠B.運(yùn)算結(jié)果無法表示C.操作數(shù)地址過大D.棧溢出14、下列關(guān)于指令字長、機(jī)器字長和存儲字長的說法中，正確的是（）。I.指令字長等于機(jī)器字長的前提下，取指周期等于機(jī)器周期Ⅱ.指令字長等于存儲字長的前提下，取指周期等于機(jī)器周期Ⅲ.指令字長和機(jī)器字長的長度沒有必然關(guān)系Ⅳ為了硬件設(shè)計方便，指令字長都和存儲字長一樣大A.I、Ⅲ、IVB.I、ⅣC.Ⅱ、ⅢD.Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ15、某機(jī)器字長為32位，存儲器按半字編址，每取出一條指令后PC的值自動+2，說明其指令長度是（）。A.16位B.32位C.128位D.256位二、填空題16、并行I/O接口_______和串行I/O接口_______是兩個目前最具權(quán)威性和發(fā)展前景的標(biāo)準(zhǔn)接17、總線仲裁部件通過采用________策略或________策略，選擇其中一個主設(shè)備作為總線的下次，接管總線控制權(quán)。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、廣泛使用的_______和_______都是半導(dǎo)體隨機(jī)讀寫存儲器，它們共同的缺點(diǎn)是_______20、指令尋址的基本方式有兩種，______方式和______方式。21、從操作數(shù)的物理位置來說，可將指令歸結(jié)為三種類型：存儲器-存儲器型，_______22、不同機(jī)器有不同的________，RISC指令系統(tǒng)是________指令系統(tǒng)的改進(jìn)。23、一個定點(diǎn)數(shù)由_______和_______兩部分組成。24、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。25、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______類三、名詞解釋題26、同步控制方式：27、微地址：28、軟件：29、直接映象：四、簡答題30、CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪些條件？31、一個計算機(jī)系統(tǒng)中的總線，大致分為哪幾類？32、什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。33、計算機(jī)硬件由哪些部分組成？五、計算題34、設(shè)有一個64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設(shè)計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(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。35、設(shè)有一個1MB容量的存儲器，字長為32位，問：1）若按字節(jié)編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為幾位？編址范圍為多大？2）若按半字編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為幾位？編址范圍為多大？3）若按字編址，地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器各為兒位？編址范圍為多大？36、某計算機(jī)的字長為16位，存儲器按字編址，訪存指令格式為16位，其中5位操作碼，3位尋址方式字段，分別表示立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址和相對尋址這5種，8位地址碼字段。設(shè)PC和Rx分別為程序計數(shù)器和變址寄存器（其中變址寄存器的位數(shù)為16位）。試問：1）該格式能定義多少種指令？2）各種尋址方式的尋址范圍大小是多少？3）寫出各種尋址方式的有效地址EA的計算式。六、綜合題37、某16位計算機(jī)的主存按字節(jié)編碼，存取單位為16位；采用16位定長指令字格式：CPU采用單總線結(jié)構(gòu)，主要部分如下圖所示。圖中R0~R3為通用寄存器：T為暫存器：SR為移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)直送（mov）、左移一位.（left）和右移一位（right）3種操作，控制信號為SRop，SR的輸出由信號SRout控制：ALU可實(shí)現(xiàn)直送A（mova）、A加B（add）、A減B（sub）、A與B（and）、A或B（or）、非A（not）、A加1（inc）7種操作，控制信號為ALUop。請回答下列問題。1）圖中哪些寄存器是程序員可見的？為何要設(shè)置暫存器T？2）控制信號ALUop和SRop的位數(shù)至少各是多少？3）控制信號SRout所控制部件的名稱或作用是什么？4）端點(diǎn)①~=9\*GB3⑨中，哪些端點(diǎn)須連接到控制部件的輸出端？5）為完善單總線數(shù)據(jù)通路，需要在端點(diǎn)①~=9\*GB3⑨中相應(yīng)的端點(diǎn)之間添加必要的連線。寫出連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，以正確表示數(shù)據(jù)的流動方向。6）為什么二路選擇器MUX的一個輸入端是2？38、在按字節(jié)編址的計算機(jī)M上，fl的部分源程序（陰影部分）與對應(yīng)的機(jī)器級代碼（包括指令的虛擬地址）如下：其中，機(jī)器級代碼包括行號、虛擬地址、機(jī)器指令和匯編指令。請回答下列問題（1）計算機(jī)M是RISC還是CISC，為什么？（2）fl的機(jī)器指令代碼共占多少字節(jié)，要求給出計算過程。（3）第20條指令cmp通過i減n-1實(shí)現(xiàn)對i和n-l的比較。執(zhí)行fl（0）過程中，當(dāng)i=0時，cmp指令執(zhí)行后，進(jìn)/借位標(biāo)志CF的內(nèi)容是什么？要求給出計算過程。（4）第23條指令shl通過左移操作實(shí)現(xiàn)了power*2運(yùn)算，在f2中能否也用shl指令實(shí)現(xiàn)power*2運(yùn)算？為什么？39、在信號處理和科學(xué)的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)置矩陣的行和列是一個很重要的問題。從局部性的角度來看，它也很有趣，因?yàn)樗囊媚Ｊ郊仁且孕袨橹鞯?，也是以列為主的，例如，考慮下面的轉(zhuǎn)置函數(shù)：1.Tpedefintarraya[2][2]；2.3.voidtransposel（arraydst，arraysrc）4.{5.inti，j；6.for（i=0；i<2；1++）{7.for（j=0；j<2；j++）{8.dst[j][i]=src[i][j]；9.}10.}11.}假設(shè)在一臺具有如下屬性的機(jī)器上運(yùn)行這段代碼：sizeof（int）==4。src數(shù)組從地址0開始，dst數(shù)組從地址16開始（十進(jìn)制）。只有一個L1數(shù)據(jù)高速緩存，它是直接映射的、直寫、寫分配，塊大小為8個字節(jié)。這個高速緩存總的大小為16個數(shù)據(jù)字節(jié)，一開始是空的。對src和dst數(shù)組的訪問分別是讀和寫不命中的唯一來源。問題如下：1）對每個row和col，指明對src[row][col]和dstfrow][col]的訪問是命中（h）還是不命中（m），例如，讀src[0][0]會不命中，寫dst[0][0]也不命中，并將結(jié)果填至下列表格中。2）對于一個大小為32數(shù)據(jù)字節(jié)的高速緩存，指明src和dst的訪問命中情況，并將結(jié)果填至下列表格中。

參考答案一、選擇題1、D2、D3、C4、C5、C6、D7、B8、A9、B10、C11、D12、C13、B14、C15、B二、填空題16、SCSIIEEE139417、優(yōu)先級公平主方18、并行空間并行時間并行19、SRAMDRAM斷電后不能保存信息20、字向位向21、寄存器一寄存器型寄存器一存儲器型22、指令系統(tǒng)CISC23、符號位數(shù)值域24、外存數(shù)據(jù)通信過程控制25、系統(tǒng)程序應(yīng)用程序系統(tǒng)程序三、名詞解釋題26、同步控制方式：任何一條指令或指令中的任何一個微操作的執(zhí)行，都由事先確定且有統(tǒng)基準(zhǔn)時標(biāo)的時序信號所控制的方式，叫做同步控制方式。27、微地址：微每時令在控制存儲器中的存儲地址。28、軟件：由程序構(gòu)成的系統(tǒng)，分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。29、直接映象：cache的一種地址映象方式，一個主存塊只能映象到cache中的唯一一個指定塊。四、簡答題30、答：（1）在CPU內(nèi)部設(shè)置的中斷屏蔽觸發(fā)器必須是開放的。（2）外設(shè)有中斷請求時，中斷請求觸發(fā)器必須處于“1”狀態(tài)，保持中斷請求信號。（3）外設(shè)（接口）中斷允許觸發(fā)器必須為“1”，這樣才能把外設(shè)中斷請求送至CPU。當(dāng)上述三個條件具備時，CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束的最后一個狀態(tài)周期響應(yīng)中斷。31、答：（1）同一部件如CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線，稱為內(nèi)部總線。（2）同一臺計算機(jī)系統(tǒng)的各部件，如CPU、內(nèi)存、通道和各類I/0接口間互相連接的總線，稱為系統(tǒng)總線。32、答：刷新：對DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進(jìn)行刷新，存在CPU訪存死時間。分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間。異步式：是集中式和分散式的折衷。33、答：中央處理器，存儲器，輸入輸出設(shè)備組成；五、計算題34、解析：存儲基元總數(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a求導(dǎo)后，得到1-ln2×a×29。在1≤a≤l8時，F(xiàn)是單調(diào)遞減函數(shù)，所以在這個區(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。35、解析：字長為32位，若按半字編址，則每個存儲單元存放16位；若按字編址，則每個存儲單元存放32位。1）若按字節(jié)編址，1MB=220×8bit，地址寄存器為20位，數(shù)據(jù)寄存器為8位，編址范圍為00000H~FFFFFH。2）若按半字編址，1MB=20×8bit=219×16bit，地址寄存器為19位，數(shù)據(jù)寄存器為16位，編址范圍為00000H~7FFFFH。3）若按字編址，1MB=20×8bit=218×32bit，地址寄存器為18位，數(shù)據(jù)寄存器為32位，編址范圍為00000H~3FFFFH。歸納總結(jié)：主存容量確定后，編址單位越大，對應(yīng)的存儲單元數(shù)量就越少。因此，隨著編址單位的變大，地址寄存器的位數(shù)減少，數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)增加。其實(shí)這個可以這么來理解，醫(yī)院需要放置1000個床位，每個房間放的床位多了，需要的房間自然就少了。36、解析：1）5位操作碼可表示25=32種不同的指令。2）各種尋址方式的尋址范圍大小如下。立即數(shù)尋址方式：只能訪問唯一的一個數(shù)據(jù)。直接尋址方式：用地址碼表示存儲器地址，8位地址碼可以有28=256個數(shù)據(jù)字。間接尋址方式需要分為兩種（特別注意）：①一次間接尋址：用地址碼表示地址的存儲位置，存儲器中16位的地址可以有216=64K大小的尋址范圍。②多次間接尋址：多次間接尋址需要使用一位來表示是否為最后一次間接尋址，可以有215=32K大小的尋址范圍。變址尋址方式：用地址碼表示地址的偏移量，地址在寄存器中，16位變址寄存器的尋址范圍是216。相對尋址方式：尋址范圍是PC值附近的字，8位地址偏移量可對PC附近的256個數(shù)據(jù)字進(jìn)行尋址，即尋址范圍是256個數(shù)據(jù)字。3）設(shè)地址碼位A，各尋址方式的有效地址見表六、綜合題37、解析1）程序員可見寄存器為通用寄存器（R0~R3）和PC.因?yàn)椴捎昧藛慰偩€結(jié)構(gòu)，因此.若無暫存器T，則ALU的A、B端口會同時獲得兩個相同的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)通路不能正常工作。2）ALU共有7種操作，故其操作控制信號ALUop至少需要3位；移位寄存器有3種操作，其操作控制信號SRop至少需要2位。3）信號SRout所控制的部件是一個三態(tài)門，用于控制移位器與總線之間數(shù)據(jù)通路的連接與斷開。4）端口①、②、③、⑤、=8\*GB3⑧須連接到控制部件輸出端。5）連線1，=6\*GB3⑥→=9\*GB3⑨：連線2，①④。6）因?yàn)槊織l指令的長度為16位，按字節(jié)編址，所以每條指令占用2個內(nèi)存單元，順序執(zhí)行時，下條指令地址為（PC）+2.MUX的一個輸入端為2，可便于執(zhí)行（PC）+2操作。38、解析：（1）M為CISC。M的指令長短不一，不符合RISC指令系統(tǒng)特點(diǎn)。（2）fl的機(jī)器代碼占96B。因?yàn)閒l的第一條指令pushebp所在的虛擬地址為00401020H，最后一條指令ret所在的虛擬地址為0040107FH，所以，l的機(jī)器代碼長度為0040107FH-00401020H=60H=96B。（3）CF=1。cmp指令實(shí)現(xiàn)i與n-l的比較功能，進(jìn)行的是減法運(yùn)算。在執(zhí)行fl（