计算机组成原理烟台大学2008～2009 学年第二学期

烟台大学20082009 学年第二学期 计算机组成与体系结构试卷A考试时间为120分钟一选择题（每题2分，共计30分）1. 假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是_。A、11001011 B、11010110 C、11000000 D、110010002. 在定点二进制运算其中，减法运算一般通过_来实现A 原码运算的二进制减法器 B 补码运算的二进制减法器 C 补码运算的十进制加法器 D 补码运算的二进制加法器3. 在机器数中, _的零的表示形式是唯一的。 A、原码 B、补码 C、反码 D、原码和反码4. 在定点数运算中产生溢出的原因是_A、运算过程中最高位产生了进位或借位 B、参加运算的操作数超出了机器的表示范围C、运算的结果超出了机器的表示范围 D、寄存器的位数太少，不得不舍弃最低的有效位5. 某SRAM芯片，存储容量为64K16位，该芯片的地址线和数据线数目为_。A、 64，16 B、 16，64 C、 64，8 D、 16，166. 某计算机字长16位，它的存储容量为64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是_。 A、64K B、32K C、64KB D、32KB7. 相联存储器是指按_进行寻址的存储器。A、地址指定方式 B、堆栈存取方式C、内容指定方式 D、地址指定方式与堆栈存取方式结合8. 采用虚拟存储器的目的是_。A、提高主存储器的存取速度B、扩大主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度C、提高外存储器的存取速度 D、扩大外存储器的存储空间9. 下面描述RISC指令系统中基本概念不正确的句子是_。A. 选取使用频率高的一些简单指令，指令条数少 B. 指令长度固定 C. 指令格式种类多，寻址方式种类多 D. 只有取数/存数指令访问存储器10. 以下叙述中正确描述的句子是：_。A、 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容性微操作B、 同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相容性微操作C、 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥性微操作D、 以上全不正确11. 计算机操作的最小时间单位是_。A、时钟周期 B、指令周期 C、CPU周期 D、微指令周期12. 在集中式总线仲裁中，_方式对电路故障最敏感。A、链式查询 B、计数器定时查询 C、独立请求 D、以上三种相同13CRT的分辨率为1024*1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为_。A、512KB B、1MB C、256KB D、2MB14.中断允许触发器用来_。A、表示外设是否提出中断请求 B、CPU是否响应了中断请求C、CPU是否正在进行中断处理 D、开放或关闭可屏蔽中断15.为了便于实现多级中断，保护现场信息最有效的方法是采用：_。 A、 通用寄存器 B、 软磁盘 C、 外存 D、 堆栈二简答题（每题5分，共计20分）1 CPU中包括哪几种寄存器？分别说明其作用。2 根据操作数所在位置，指出其寻址方式（填空）。（1）、操作数在寄存器中，为_寻址方式。（2）、操作数地址在寄存器中，为_寻址方式。（3）、操作数地址（主存）在指令中，为_寻址方式。（4）、操作数在指令中，为_寻址方式。（5）、操作数地址为某一寄存器内容与位移量之和，可以是_寻址方式。3 采用流水线技术的计算机在流水处理过程中，会出现哪三种相关冲突？简述各冲突的主要特征。4 主存与cache的地址映射有哪几种方式？简述每种方式的特点。三、 计算题（共25分） 1、（7分）x=0.1001 y=0.1100用补码运算方法求x+y=？，x-y=?，并用双符号位判断结果是否溢出。2、(8分)CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为3800次，主存完成存取的次数为200次。已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。求：. Cache 命中率H。Cache/主存系统的访问效率e。3、用一台时钟频率为40MHz的处理机执行标准测试程序，程序含有的各类指令条数和各类指令的平均时钟周期数如下表所示。 指令类型 指令类型 平均时钟周期数 整型运算 45000 1数据传送 32000 2浮点运算 150004控制传送 80002求测试程序的CPI、MIPS和执行时间。（10分）四、 设计题（25分）1、(8分)某机采用微程序控制方式，采用水平型编码控制的微指令格式，后继微指令地址采用断定方式，微指令字长29位，共有微命令52个，构成5个相斥类，各包含4个、5个、8个、15个和20个微命令，已知可判定的外部条件有CY和ZF两个。试问：. 设计出微指令的具体格式；. 控制存储器的容量应为多少？2、(9分)有一个1024K32位的存储器，由128K8位的DRAM芯片构成。问：. 总共需要多少DRAM芯片？. 设计此存储体组成框图。. 采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期为多少？ 3、（8分）下图所示为双总线结构机器的数据通路。IR伪指令寄存器,PC为程序计数器，M为主存（受读写信号控制），AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标有符号的表示有控制信号，例如Yi表示Y寄存器的输入控制信号，Yo为寄存器Y的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。画出取数指令LDA (R3) ，R0 的指令周期流程图，其含义是将寄存器R3为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中。标出各微操作信号序列。 答案：一. 选择题（每小题2分，共30分）15 C D B C D 610 B C B C A1115 A A B A D二. 简答题（每题4分，共20分）1 答：CPU有以下寄存器：（1） 指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。（2） 程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。（3） 地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。（4） 缓冲寄存器（DR）：作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。（5） 通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。（6） 状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条 件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。2（1）、寄存器 （2）、寄存器间接 （3）、直接 （4）、立即（5）、基址寻址、变址寻址、相对寻址3. 答：资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一个功能部件所发生的冲突。数据相关：在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能执行后一条指令，即后面的指令需要前一条指令的运行结果，那么这两条指令就是数据相关的。控制相关：有转移指令引起的冲突。当执行转移指令时，由于程序可能转移到新的目标地址，而不是顺序执行，而是流水线发生断流。4. 答：主存与cache的地址映射有全相联、直接和组相联三种映射方式。 全相联映射方式：可以使主存的一个块直接拷贝到cache中的任一行，非常灵活。但比较器电路难于设计和实现。 直接映射方式：没有全相联映射方式灵活。优点是硬件简单，成本低。 组相联映射方式：适度地兼顾了前两者的优点有尽量避免了二者的缺点。主存的一个块只能拷贝到cache中的一组特定的行。三 计算题（共25分） 解：1.（7分） x补= 00.1001 x补= 00.1001 + y补= 00.1100 + -y补=11.0100 x+y补=01.0101 x-y补=11.1101 因为双符号位相异结果发生溢出， 所以 x-y=-0.0011 无溢出。2.（共8分） 解：. 命中率 H = Ne / （NC + Nm） = 3800 / (3800 + 200) = 0.95； （3分） . 主存慢于cache的倍率 ：r = Tm / Tc = 250ns / 50ns = 5； （4分）访问效率 ：e = 1 / r + (1 r)H = 1 / 5 + (1 5)0.95 = 83.3%；3.（10分）CPI=(45000*1+32000*2+15000*4+8000*2)/(45000+32000+15000+8000)=1.85 MIPS=40*106/(1.85*106)=21.62 执行时间T=(45000*1+32000*2+15000*4+8000*2)/( 40*106)=4.625*10-3四 设计题（25分）1.（共8分）解：. （控制字段分析3分，判别字段1分，下址字段1分。） 根据题意可知，微指令的基本结构如下图所示，其中控制字段和判别测试字段采用编码表示法，则控制字段的长度为：3+3+4+4+5=19；判别测试字段的长度为：2。则下址字段长度为：29-19-2=8。(2)2.（共9分） 解：(1) 3分 (2) 4分 (3)如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A0-A8，因此这一行上的256个存储元同时进行刷新，即在8ms内进行512个周期。刷新方式可采用：在8ms中进行512次刷新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 15.5us刷新一次的异步刷新方式。 2分3、（8分）R30, G, ARi R/ =RDR0, G, R0iPC-ARM-DRDR-IRR3-ARM-DRDR-R0