2021年長春理工大學數據科學與大數據技術專業《計算機組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、某計算機使用4體交叉編址存儲器，假定在存儲器總線上出現的主存地址（十進制）序列為8005，8006，8007，8008，8001，8002，8003，8004，8000，則可能發生訪存沖突的地址對是（）。A.8004和8008B.8002和8007C.8001和8008D.8000和80042、某機器的主存儲器共32KB，由16片16K×l位（內部采用128×128存儲陣列）的DRAM芯片字和位同時擴展構成。若采用集中式刷新方式，且刷新周期為2ms，那么所有存儲單元刷新一遍需要（）個存儲周期。A.128B.256C.1024D.163843、某數采用IEEE754標準中的單精度浮點數格式表示為C6400000H，則該數的值是（）。A.-1.5×213B.-1.5×212C.-0.5×213D.-0.5×2124、下列為8位移碼機器數[x]移，當求[-x]移時，（）將會發生溢出。A.11111111B.00000000C.10000000D.011l1l115、在補碼加減交替除法中，參加操作的數和商符分別是（）。A.絕對值的補碼在形成商值的過程中自動形成B.補碼在形成商值的過程中自動形成C.補碼由兩數符號位“異或”形成D.絕對值的補碼由兩數符號位“異或”形成6、總線的通信控制主要解決（）問題。A.由哪個主設備占用總線B.通信雙方如何獲知傳輸開始和結束C.通信過程中雙方如何協調配合D.B和C7、在鏈式查詢方式下，若有N個設備，則（）。A.只需一條總線請求線B.需要N條總線請求線C.視情況而定，可能一條，也可能N條D.以上說法都不對8、假定編譯器對高級語言的某條語句可以編譯生成兩種不同的指令序列，A、B和C三類指令的CPl和執行兩種不同序列所含的三類指令條數見下表。則以下結論錯誤的是（）。I.序列一比序列二少l條指令Ⅱ.序列一比序列二的執行速度快Ⅲ.序列一的總時鐘周期數比序列二多1個Ⅳ.序列一的CPI比序列二的CPI大A.I、llB.1、ⅢC.ll、1VD.Ⅱ9、馮·諾依曼型計算機的設計思想主要有（）。1.存儲程序Ⅱ.二進制表示Ⅲ.微程序方式Ⅳ.局部性原理A.I，ⅢB.Ⅱ，ⅢC.IⅡ，IⅣD.I，IⅡ10、某指令格式如下所示。OPMID其中M為尋址方式，I為變址寄存器編號，D為形式地址。若采用先變址后間址的尋址方式，則操作數的有效地址是（）。A.I+DB.（I）+DC.(（I）+D)D.（（I））+D11、（）不是常用三級時序系統中的一級。A.指令周期B.機器周期C.節拍D.定時脈沖12、在下列尋址方式中，（）方式需要先計算，再訪問存。A.相對尋址B.變址尋址C.間接尋址D.A、B13、某機器采用16位單字長指令，采用定長操作碼，地址碼為5位，現已定義60條地址指令，那么單地址指令最多有（）條。A.4B.32C.128D.25614、下列選項中，用于提高RAID可靠性的措施有（）。I.磁盤鏡像II.條帶化III.奇偶校驗IV.增加Cache機制A.僅I，IIB.僅I，IIIC.僅I，III，IVD.僅II.、III，IV15、流水線中有3類數據相關沖突：寫后讀相關、讀后寫相關、寫后寫相關。那么下列3組指令中存在讀后寫相關的是（）。A.I1，SUBR1，R2，R3；（R2）-（R3）→R1I2，ADDR4，R5，R1；（R5）+（R1）→R4B.I1，STAM，R2；（R2）→M，M為主存單元I2，ADDR2，R4，R5；（R4）+（R5）→R2C.I1，MULR3，R2，R1；（R2）×（R3）→R3I2，SUBR3，R4，R5；（R5）-（R4）→R3D.以上都不是二、填空題16、CPU能直接訪問_______和_______，但不能直接訪問磁盤和光盤。17、存儲器和CPU連接時，要完成______的連接；______的連接和_______的連接，方能正常工作。18、閃速存儲器特別適合于_______微型計算機系統，被譽為_______而成為代替磁盤的一種理想工具。19、PCI總線是當前流行的總線。它是一個高_________且與_________無關的標準總線。20、多媒體CPU是帶有_______技術的處理器，它是一種多媒體擴展結構技術，特別適合于_______處理。21、計算機系統中，根據應用條件和硬件資源不同，數據傳輸方式可采用______傳送、______傳送、______傳送。22、并行I/O接口_______和串行I/O接口_______是兩個目前最具權威性和發展前景的標準接23、計算機軟件一般分為兩大類：一類叫________，另一類叫________操作系統屬于________類。24、微程序設計技術是利用________方法設計________的一門技術。25、雙端口存儲器和多模塊交叉存儲器屬于________存儲器結構。前者采用________技術，后者采用________技術。三、名詞解釋題26、系統軟件：27、同步控制方式：28、EPROM：29、微程序：四、簡答題30、CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間是否相同？為什么？31、以DMA方式實現傳送，大致可分為哪幾個階段？32、簡要說明通用I/O標準接口SCSI的性能特點。33、請說明程序查詢方式與中斷方式各自的特點。五、計算題34、一個直接映射的Cache有128個字塊，主機內存包含16K個字塊，每個塊有16個字，訪問Cache的時間是10ms，填充一個Cache字塊的時間是200ms，Cache的初始狀態為空。1）如果按字尋址，請定義主存地址字段格式，給出各字段的位寬；2）CPU從主存中依次讀取位置16~210的字，循環讀取10次，則訪問Cache的命中率是多少？3）10次循環中，CPU平均每次循環讀取的時間是多少？35、設浮點數字長為16位，其中階碼5位（含一位階符），尾數11位（含一位數符），將十進制數+13/128寫成：二進制定點數和浮點數，并分別寫出它在定點機和浮點機中的機器數形式。36、假設硬盤傳輸數據以32位的字為單位，傳輸速率為1MB/s.CPU的時鐘頻率為50MHz。1）采用程序查詢的輸入/輸出方式，假設查詢操作需要100個時鐘周期，求CPU為I/O查詢所花費的時間比率，假定進行足夠的查詢以避免數據丟失。2）采用中斷方式進行控制，每次傳輸的開銷（包括中斷處理）為100個時鐘周期。求CPU為傳輸硬盤數據花費的時間比率。3）采用DMA控制器進行輸入/輸出操作，假定DMA的啟動操作需要1000個時鐘周期，DMA完成時處理中斷需要500個時鐘周期。如果平均傳輸的數據長度為4KB，問在硬盤工作時處理器將用多少時間比率進行輸入/輸出操作，忽略DMA申請使用總線的影響。六、綜合題37、假定在一個8位字長的計算機中運行如下類C程序段：unsignedintx=134；unsignedinty=246；intm=x；intn=y；unsignedintz1=x-y；unsignedintz2=x+y；intkl=m-n；intk2=m+n；若編譯器編譯時將8個8位寄存器R1~R8分別分配至變量x、y、m、n、zl、z2、kl和k2，則回答下列問題（提示：帶符號整數用補碼表示）：1）執行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的內容分別是什么（用十六進制表示）？2）執行上述程序段后，變量m和k1的值分別是多少（用十進制表示）？3）上述程序段涉及帶符號整數加/減、無符號整數加/減運算，這4種運算能否利用同一個加法器及輔助電路實現？簡述理由。4）計算機內部如何判斷帶符號整數加/減運算的結果是否發生溢出？上述程序段中，哪些帶符號整數運算語句的執行結果會發生溢出？38、設某機有4個中斷源A、B、C、D.其硬件排隊優先順序為A>B>C>D，現要求將中斷處理順序改為D>A>C>B。1）寫出每個中斷源對應的屏蔽字。2）按圖所示的時間軸給出的4個中斷源的請求時刻，畫出CPU執行程序的軌跡。設每個中斷源的中斷服務程序時間均為20s。39、在按字節編址的計算機M上，fl的部分源程序（陰影部分）與對應的機器級代碼（包括指令的虛擬地址）如下：其中，機器級代碼包括行號、虛擬地址、機器指令和匯編指令。請回答下列問題（1）計算機M是RISC還是CISC，為什么？（2）fl的機器指令代碼共占多少字節，要求給出計算過程。（3）第20條指令cmp通過i減n-1實現對i和n-l的比較。執行fl（0）過程中，當i=0時，cmp指令執行后，進/借位標志CF的內容是什么？要求給出計算過程。（4）第23條指令shl通過左移操作實現了power*2運算，在f2中能否也用shl指令實現power*2運算？為什么？

參考答案一、選擇題1、D2、A3、A4、B5、B6、D7、A8、D9、D10、C11、A12、D13、A14、B15、B二、填空題16、cache主存17、順序尋址方式跳躍尋址方式18、便攜式固態盤19、帶寬處理器20、MMX圖像數據21、并行串行復用22、SCSIIEEE139423、系統軟件應用軟件系統軟件24、軟件操作控制器25、并行空間并行時間并行三、名詞解釋題26、系統軟件：計算機系統的一部分，進行命令解釋、操作管理、系統維護、網絡通信、軟件開發和輸入輸出管理的軟件，與具體的應用領域無關。27、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行，都由事先確定且有統基準時標的時序信號所控制的方式，叫做同步控制方式。28、EPROM：可擦寫可編程的ROM，可以被用戶編程多次。靠紫外線激發浮置柵上的電荷以達到擦除的目的。8，EEPROM：電可擦寫可編程的ROM，能夠用電子的方法擦除其中的內容。9，SDRAM：同步型動態隨機訪問存儲器，在系統時鐘控制下進行數據的讀寫。29、微程序：存儲在控制存儲中的完成指令功能的程序，由微指令組成。四、簡答題30、答：CPU對DMA請求和中斷請求的響應時間不相同，因為兩種方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時間間隔查詢并響應DMA請求（一個存取周期末）。31、答：（1）DMA傳送前的預置階段（DMA初始化）（2）數據傳送階段（DMA傳送）（3）傳送后的結束處理32、答：（1）SCSI接口總線有8條數據線、1條奇偶校驗線、9條控制線組成。使用50芯電纜，規定了兩種電氣條件：單端驅動和差分驅動。（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臺設備。（4）每個SCSI設備有自己唯一的設備號ID=0-7。ID=7的設備有最高優先權，ID=0的設備優先權最低。采用分布式總線仲裁策略。（5）SCSI設備是指連接在SCSI總線上的智能設備，即除主適配器HBA外，其他SCSI設備實際是外設的適配器或控制器。（6）SCSI設備是智能設備，對SCSI總線以至主機屏蔽了實際外設的固有物理屬性，設備間可用一套標準命令進行數據傳送。（7）SCSI設備間是一種對等關系，而不是主從關系。33、答：程序查詢方式，數據在CPU和外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，優點是硬件結構比較簡單，缺點是CPU效率低，中斷方式是外圍設備用來“主動”通知CPU，準備輸入輸出的一種方法，它節省了，CPU時間，但硬件結構相對復雜一些。五、計算題34、解析：1）按字尋址，每個塊有16個字，故字塊內地址為4位。Cache有128個字塊，故Cache字塊地址為8位。主存包含16K個字塊，故主存地址總共14位。則主存字塊標記位數為14-8-4=2位。2）Cache中每個塊16個字，故16~210位置的字，按照直接映射可分別放入Cache的第1~13塊。由于Cache的初始狀態為空，循環讀取10次時，第一次循環第16、32、48、64、…、208位置的字均末命中，共13次，其他位置均命中，后面9次循環每個字都命中。故Cache的命中率為1-13/（195×10）=99.3%。3）第一次循環需要填充Cache13次，訪問Cache195-13=182次，總時間為200ns×13+10ns×182=4420ms。其余9次循環只需訪問Cache195次，總時間為195×10ns×9=17550ns。故平均訪問時間為（17550ns+4420ns）/10=2197ns。35、解析：假設x=+13/128其二進制形式可以表示為：x=0.0001101000。定點數表示：x=0.0001101000。浮點數規格化表示：x=0.1101000000×2-11"。定點機中：[x]原=[x]補=[x]反=0.0001101000。浮點機中：[x]原=1，0011；0.1101000000。[x]補=1，1101；0.1101000000。[x]反=1，1100；0.1101000000。36、解析：1）假設采用程序查詢方式，則可算出硬盤每秒進行查詢的次數為：1MB/4B=250K次，而查詢250K次需要的時鐘周期數為250K×100=25000K，則可算出CPU為1/0查詢所花費的時間比率為25000×10002）假設采用中斷方法進行控制，每傳送一個字需要的時間為4B1MB/s=4μs的開銷為100個時鐘周期，還得先計算出時鐘周期，即150MHz=0.02s。所以，每次傳輸的50MHz開銷為2μs，故CPU為傳輸硬盤數據花費的時間比率為3）：可算得每秒傳輸次數1MB/4KB=250次，所以CPU為傳輸硬盤數據花費的時間比率為1000+500六、綜合題37、解析：1）寄存器R1存儲的是134，轉換成二進制為10000110B，即86H。寄存器R5存儲的是x-y的內容，x-y=-112，轉換成二進制為10010000B，即90H。寄存器R6存儲的是x+y的內容，x+y=380，轉換成二進制為101111100B（前面的進位含棄），即7CH。由于計算機字長為8位，因此無符號整數能表示的范圍為0～255，而x+y=380，故溢出。2）m二進制表示為10000110B，由于m是int型，因此最高位為符號位，可以得出m的原碼為11111010（對10000110除符號位取反加1），即-122。同理，n的二進制表示為11110110B，故n的原碼為10001010，轉成十進制為-10。因此，k1=-122-（-10）=-112。3）參考答案：可以利用同一個加法器及輔助電路實現。因為無符號整數和有符號整數都是以補碼形式存儲，所以運算規則都是一樣的。但有一點需要考慮，由于無符號整數和有符號整數的表示范圍是不一樣的，因此需要設置不