《计算机组成原理》试题

计算机组成原理第一章计算机系统概论1概念存储单元，存储字长，存储容量P17，机器字长P17，指令字长（P1917）2什么是指令3P8，冯诺依曼计算机特点，计算机结构框图，图17（P1915）第二章计算机发展及应用1什么是摩尔定律第3章系统总线1总线的概念P412总线的分类，系统总线分类通信总线分类3了解总线结构，尤其是双总线和三总线（P53）4总线控制（重点）P57（1）总线判优控制集中式，分布式，特点是什么呢集中式控制链式查询，计数器定时查询，独立请求方式；分别采用怎样的控制方式（2）总线通信控制（P59）什么是总线周期可以分为哪些阶段申请分配阶段，寻址阶段，传数阶段，结束阶段各自有哪些功能总线通信控制的主要功能解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调，如何配合的问题。四种通信方式同步通信，异步通信，半同步通信和分离式通信。同步通信特点异步通信特点根据应答方式的不同进行分类不互锁方式，半互锁方式，全互锁方式。例题32，例题335课后题32，34353637313314316第4章存储器1了解主存的基本组成P722了解主存存储单元地址分配，存储字长一个存储单元存放一串二进制代码的位数。P733概念存储容量，存储速度，存取时间，存取周期，存储器带宽。4动态RAM的三种刷新方式P86集中刷新分散刷新异步刷新5存储器容量的扩展方式位扩展，字扩展，位字扩展P916存储器与CPU连接（设计题）P93例题417存储器校验汉明码校验方法P100例题44例题458CACHE主存地址映射方式直接映射，全相联映射、组相连映射，各自特点，例题48，例题499替换策略先进先出算法，近期最少用算法，随即算法10辅助存储器章节的概念磁表面存储器主要技术指标记录密度，存储容量，平均寻址时间，数据传输率，误码率P12511循环冗余校验码CRC编码P145例题415第5章输入输出系统1了解IO设备编制方式，设备寻址传送方式，联络方式，IO设备与主机的连接方式P1612IO与主机交换信息的三种方式程序查询方式，中断方式，DMA方式P1623IO总线和接口部件图528P1874接口的功能选址功能，传送命令功能，传送数据功能，反映IO设备工作状态功能5程序查询方式P190例题516程序中断方式掌握中断请求触发器和中断屏蔽触发器关系图537接口电路中D，INTR和MASK和中断查询信号的关系链式排队器图538中断向量地址形成部件（设备编码器）例题52中断服务流程保护现场，中断服务，恢复现场中断返回4个环节7DMA方式DMA与主存交换数据时采取的方式停止CPU访问主存，周期挪用，DMA和CPU交替访问DMA接口组成原理，图547P205（主存地址寄存器AR，字计数器WC，数据缓存寄存器BR，DMA控制逻辑，中断机构，设备地址寄存器DAR）DMA传送过程，图548P207例题53P208DMA接口与系统连接方式具有公共请求线的DMA请求，独立DMA请求方式P209【简答题】1简述IO接口的功能和基本组成2IO设备与主机交换信息时，共有哪几种控制方式简述它们的特点。3中断向量地址中断入口地址区别与联系。4结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。5结合DMA接口电路说明其工作过程第6章计算机的运算方法1无符号数，有符号数，原码反码补码移码的表示方法。各自的取值范围2定点数表示浮点数表示，P228P229各自取值范围3定点运算1移位运算2加法、减法运算，3了解溢出的判断（一位符号位两位符号位）例题612例题613P2394乘法运算原码的一位乘法原码两位乘法补码的一位乘法补码两位乘法5除法运算原码除法恢复余数法，加减交替法补码除法加减交替法（暂不考虑恢复余数法）4浮点数四则运算1浮点数加减运算对阶，尾数求和，规格化，舍入，溢出判断。P2692浮点数乘除法运算阶码运算尾数运算（不考乘除运算环节）第7章指令系统1了解指令的一般格式P3002寻址方式概念，分类指令寻址和数据寻址两大类。P3103数据寻址立即寻址，直接寻址，隐含寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，基址寻址，变址寻址，相对寻址4什么是RISC简述它的主要特点与CISC相比RISC的优点第8章CPU的结构与功能1CPU功能取指令，分析指令，执行指令，控制程序输入和结果输出，总线管理，处理机器运行过程中的异常情况和特殊请求2CPU结构框图ALU，CU，寄存器，中断系统3用户可见寄存器通用寄存器，数据寄存器，地址寄存器，条件码寄存器控制状态寄存器存储器地址寄存器（MAR）存储器数据寄存器（MDR）程序计数器（PC）指令寄存器（IR）4指令周期的基本概念取出并执行一条指令所需的全部时间5了解指令的数据流【取值周期的数据流】，间址周期的数据流，中断周期的数据流，执行周期的数据流6指令并行性等级作业级（程序级），任务级（进程级），指令内，指令外7结构相关，数据相关，控制相关P348，P3508概念吞吐率，加速比，效率9流水线中的多发技术超标量技术，超流水线技术，超长指令字技术10中断请求标记和中断判优逻辑11中断屏蔽技术例题82一、简答题1、CPU由哪些主要部件组成说明各部件的作用。2、试述高速缓冲存储器的基本设计思想和特点。3、显示适配器作为CRT和CPU的接口由哪几部分组成4、主机与外部设备间为什么要设置接口5、为什么说取指令是公操作在取指令阶段，CPU主要完成哪些操作6、什么是闪速存储器它有哪些特点7、什么是RISCRISC指令系统的特点是什么8、DRAM存储器为什么要刷新有哪几种常用的刷新方式9、指令寻址方式有哪几种，分别是什么10、简述硬布线控制器的设计方法。11、为了提高运算器速度，通常采取哪些措施。12、磁表面存储器主要技术指标有哪些13、DMA控制器分为哪两类各有什么特点14、中断处理要求有哪些硬件支持15、IEEE754标准浮点数的构成16、什么是相联存储器特点是什么17、虚拟存贮器按地址格式分为哪三种18、什么是指令周期、机器周期、时钟周期他么之间的关系19、集中式总线优先权仲裁有哪三种方式简要说明。20、总线通信有哪四种方式21、存储器有哪三种扩展方法重点掌握位扩展与字扩展。22、存储器按照存储介质分为按照存取方式分为按照在计算机系统作用分为23、简述PCI总线特点24、浮点数运算过程中，规格化处理的原则是二、计算题1、定点数加减运算。例如，已知X001111,Y011001,求X补,X补,Y补,Y补,XY,XY2、浮点数加减运算。例如，有两个浮点数X2010111Y2100101,设阶码2位，阶符1位，数符1位，尾数3位，用补码运算规则计算XY的值。3、S、E、M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数X，S1位，E8位，M23位。其值表示为X（1）S（1M）2E128，问它所表示的最大正数，最小正数，最大负数，最小负数。4、设X、Y为定点纯小数，证明X补Y补XY补（MOD2）。5、补码乘法BOOTH算法的原理及应用。课本254页例题621。6、补码除法加减交替法的原理及应用课本266页例题626三、设计题1、存储器扩展方面。例如，某机器中，已知配有一个地址空间为0000H1FFFH的ROM区域，现有8K16的ROM芯片。配有地址空间为2000H4FFFH的RAM区域，现有SRAM芯片（8K8位）。假设ROM芯片有CS端，SRAM芯片有CS和WE控制端，CPU地址总线A15A0，数据总线为D15D0，控制信号为R/W（读/写），MREQ（当存储器读或写时，该信号指示地址总线上的地址是有效的）。要求1满足已知条件的存储器，画出地址分配方案。2画出ROM与RAM同CPU连接图。2下图所示为双总线结构的机器，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W信号控制），AR为主存地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由，控制信号决定可完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有控制信号，例如YI表示Y寄存器的输入控制信号，R1O为寄存器R1输出控制信号。未标注的线为直通线，不受控制。“SUBR1，R3”指令完成（R3）（R1）R3的功能操作，画出其指令周期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列。3、已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为51248（位），微程序可在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序转移条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式，如图所示操作控制顺序控制1微指令中的三个字段分别应多少位2画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。4某机器指令格式如下所示，OP为操作码字段，试分析指令格式特点，主要从指令条数、操作数个数、操作数类型等方面分析。312622181716150OP源寄存器变址寄存器偏移量5、假设某计算机的运算器框图如图所示，其中ALU为16位的加法器，SA、SB为16位暂存器，4个通用寄存器由D触发器组成，Q端输出，其读写控制如下表所示读控制写控制RRA0RA1选择WWA0WA1选择111100011X0101XR0R1R2R3不读出111100011X0101XR0R1R2R3不写入要求（1）设计微指令格式。（2）画出ADD，SUB两条指令微程序流程图。微命令字段判别测试字段下地址字段6、已知某16位机的主存采用半导体存贮器，地址码为18位，若使用8K8位SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式。问（1）若每个模板为32K16位，共需几个模块板（2）每个模块内共有多少片RAM芯片（3）主存共需多少RAM芯片CPU如何选择模块板7、课本399页例题1028、课本383页例题9285中断周期前是什么阶段中断周期后又是什么阶段在中断周期CPU应完成什么操作答中断周期前是执行周期，中断周期后是取指周期。在中断周期，CPU应完成保存断点、将中断向量送PC和关中断等工作。93什么是指令周期、机器周期和时钟周期三者有何关系答CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。1015设控制存储器的容量为51248位，微程序可在整个控存空间实现转移，而控制微程序转移的条件共有4个（采用直接控制），微指令格式如下解因为控制存储器共有512482948所以，下址字段应有9位，微指令字长48位又因为控制微程序转移的条件有4个，410,Y0,则XY0X补Y补XYXY补（MOD2）2分0000000000000000000000000000000010000000000000000000000000000000111111111111111111111111111111112X0,Y0或XY0时，2XY2，进位2必丢失，又因XY0,所以X补Y补XYXY补（MOD2）当XY0,则XY0或XYACB后，每个中断源新的屏蔽字如表所示。（5分）（2）根据新的处理次序，CPU执行程序的轨迹如图所示（5分）3解A150001111，B240011000A补0,0001111，B补0,0011000，B补1,1101000则AB补A补B补0,00011111,11010001,1110111AB补1,1110111故AB0001001941地址指令格式为（2分）2（2分）2081918192163831638424575245763276732768409594096049151491525734357344655353）如果地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将会出现A13恒为“1”的情况。此时存储器只能寻址A131的地址空间，A130的另一半地址空间将永远访问不到。若对A130的地址空间进行访问，只能错误地访问到A131的对应空间中去。计算机组成原理试题（三）答案一选择题1D2A3B4A5B,C6D7D8D9C10B11B12B13A14C15A16C,D17C18A19C20B二填空题1A运算器B控制器C存储器2A系统程序B应用程序C系统程序3A220B8位1个字节C2304ACACHEB主存5A单字长B半字长C双字长6A并行B串行C复用7A处理器B指令和程序8ASCSIBIEEE1394三简答题1包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等。2闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器。从原理上看，它属于ROM型存储器，但是它又可随机改写信息；从功能上看，它又相当于RAM，所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义。因而它是一种全新的存储器技术。闪速存储器的特点（1）固有的非易失性（2）廉价的高密度（3）可直接执行（4）固态性能3（1）水平型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强，垂直型微指令则较差。（2）水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。（3）由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字比较长，但微程序短的特点，而垂直型微指令正好相反。（4）水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说比较容易掌握4解（1）在CPU内部设置的中断屏蔽触发器必须是开放的。（2）外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。（3）外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。（4）当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。四应用题1解X补01011X/2补001011X/4补0001011X补10101Y补11011Y/2补111011Y/4补1111011Y补001012解（1）定点原码整数表示时最大正数（2151）10（32767）10最小负数（2151）10（32767）10（2）定点原码小数表示时最大正数（1215）10最小负数（1215）103证因为X补Y补XY补令XY代入，则有Y补Y补YY补0补0所以Y补Y补4解（1）芯片1K4位，片内地址线10位（A9A0），数据线4位。芯片总数16K16/（1K4）64片（2）存储器容量为16K，故地址线总数为14位（A13A0），其中A13A12A11A10通过416译码器产生片选信号CS0CS15。A9A0CS154位CS1CS04位。4位4位CS0CS1CS15D15D0A13A12A11A10图C825解中断接口中有四个标志触发器（1）准备就绪的标志（RD）一旦设备做好一次数据的接受或发送，便发出一个设备动作完毕信号，使RD标志置“1”。在中断方式中，该标志用作为中断源触发器，简称中断触发器。（2）允许中断触发器（EI）可以用程序指令来置位。EI为“1”时，某设备可以向CPU发出中断请求；EI为“0”时，不能向CPU发出中断请求，这意味着某中断源的中断请求被禁止。设置EI标志的目的，就是通过软件来控制是否允许某设备发出中断请求。（3）中断请求触发器（IR）它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。当IR标志为“1”时，表示设备发出了中断请求。（4）中断屏蔽触发器（IM）是CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM标志为“0”时，CPU可以受理外界的中断请求，反之，IM标志为“1”时，CPU不受理外界的中断。6解（1）A为数据缓冲寄存器DR，B为指令寄存器IR，C为主存地址寄存器AR，D为程序计数器PC（2）PCAR主存缓冲寄存器DR指令寄存器IR操作控制器（3）存储器读MDRALUAC存储器写ACDRM7解DMA直接内存访问方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU而直接在内存和I/O设备间进行。8解扇区总数606075270000模式1存放计算机程序和数据，其存储容量为2700002048/1024/1024527MB计算机组成原理试题（四）答案1K41K4416译码器一选择题1C2C3B4A5D6C7B8B9B10A11A12B13C14B15A16A17B18C19C20C二填空题1A系统软件B应用软件C系统软件2A4B73A210B2304A精简指令系统计算机B复杂指令系统计算机5A存取时间B存储周期C存储器带宽6A字向B位向7A顺序寻址方式B跳跃寻址方式8A地址线B数据线C控制线9A时序信号B取指令三简答题1时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。2指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。31外设发出DMA请求（2）CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制（3）由DMA控制器执行数据传送操作4）向CPU报告DMA操作结束。主要优点是数据数据速度快4寄存器寄存器型执行速度最快,存储器存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。四应用题1原码11110001反码10001110补码10001111移码000011112（1）0020H（2）1166H（3）1256H（4）0058H（5）1257H3（1）（354）10（162A）16（2）（354）10（1011000101010）2（3）（354）10（5425）（4）（354）10（001101010100011000100101）BCD4最小值2111111000000001最大值21111110111111115设地址线X根，数据线Y根，则2XY64K2若Y1X17Y2X16Y4X15Y8X14因此，当数据线为1或2时，引脚之和为18共有2种解答6每个字符格式包含十个位，因此字符传送速率4800波特/10480字符/秒每个数据位时间长度T1/48000208MS数据位传送速率84803840位/秒72188）/（32K8）8，故需8个模块32K8）/（4K4）16，故需16片芯片共需816128片芯片为了选择各模块，需使用38译码器即3根地址线选择模条。8中断处理过程流程图如图C21所示。计算机组成原理试题（五）答案一、选择题（每小题选出一个最合适的答案，每小题2分，共20分）1、D2、B3、A4、A5、B6、A7、B8、B9、D10、D二、名词解释（每小题4分，共20分）1全相联映像就是让主存中的任何一个块均可以映像装入到CACHE中任何一个块的位置上。2指令系统是指一台计算机的所有指令的集合。3指令周期是指从取指令、分析取数到执行完该指令所需的全部时间。CPU周期也叫机器周期，通常把一个指令周期划分为若干个机器周期，每个机