2022年兰州大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B(有答案)

2022年兰州大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末

试卷B（有答案）

一、选择题

1、某机器的主存储器共32KB,由16片16Kxi位（内部采用128x128存储阵列）的

DRAM芯片字和位同时扩展构成。若采用集中式刷新方式，且刷新周期为2ms,那么所

有存储单元刷新一遍需要（）个存储周期。

A.128B.256C.1024D.16384

2、一个存储器系统中，常常同时包含ROM和RAM两种类型的存储器，如果用IKX8位

的ROM芯片和IKx4位的RAM芯片，组成4Kx8位的ROM和1KX8位的RAM存储

系统，按先ROM后RAM进行编址。采用3-8译码器选片，译码信号输出信号为Y0~Y7,

其中Y4选择的是（）。

A.第一片ROMB.第五片ROMC.第一片RAMD.第一片RAM和第二片RAM

3、ALU属于（）。

A.时序电路

B.控制器

C.组合逻辑电路

D.寄存器

4、假设机器字长为16位，用定点补码小数表示时，一个字所能表示的范围是（）。

A.0-（1-2一15）

B.-（1-215）~（1215）

C.-1-1

D.-1-（1-2一15）

5、下列关于定点数原码一位乘算法的描述正确的是（）。

I.符号位不参加运算，根据数值位的乘法运算结果确定结果的符号位

n.在原码一位乘算法过程中，所有移位均是算术移位操作

in.假设两个n位数进行原码一位乘，部分积至少需要使用n位奇存器

A.II,IIIC.只有IIIB.只有mD.全错

6、总线宽度与下列（）有关。

A.控制线根数B.数据线根数C.地址线根数D.以上都不对

7、在链式查询方式下，若有N个设备，则（）。

A.只需一条总线请求线

B.需要N条总线请求线

C.视情况而定，可能一条，也可能N条

D.以上说法都不对

8、指令寄存器的位数取决（）。

A.存储器的容量B.指令字长C.机器字长人D.存储字长

9、冯•诺依曼型计算机的设计思想主要有（）。

1.存储程序n.二进制表示田.微程序方式IV.局部性原理

A.LmB.n,mc.in,nvD.I,in

10、传输一幅分辨率为640像素x480像素、65536色的图片（采用无压缩方式），假

设采用数据传输速度为56kbit/s,大约需要的时间是（）。

A.34.82SB.42.86SC.85.71SD.87.77S

11、DMA方式的接口电路中有程序中断部件，其作用是（）。

A.实现数据传送

B.向CPU提出总线使用权

C.向CPU提出传输结束

D.发中断请求

12、下列不属于微指令结构设计所追求的目标是（）。

A.提高微程序的执行速度

B.提高微程序设计的灵活性

C.缩短微指令的长度

D.增大控制存储器的容量

13、微指令操作控制字段的每一位代表一个控制信号，这种微程序的控制方式叫作（）

A.字段直接编码

B.字段间接编码

C.混合编码

D.直接编码

14、在通用计算机指令系统的二地址指令中，操作数的物理位置可安排在（）。

L一个主存单元和缓冲存储器

H.两个数据寄存器

in.一个主存单元和一个数据寄存器

IV.一个数据寄存器和一个控制存储器

V.一个主存单元和一个外存单元

A.n、m,ivBin、nc.i,口、mD.L口、田、v

15、下列寻址方式中，最适合按下标顺序访问一维数组的是（）。

A.相对寻址B.寄存器寻址C.直接寻址D.变址寻址

二、填空题

16、指令寻址的基本方式有两种，方式和方式。

17、RISC的中文含义是,CISC的中文含义是。

18、多媒体CPU是带有技术的处理器。它是一种技术，特别适合于图像

数据处理。

19、移码表示法主要用于表示浮点数的码，以利于比较两个数的大小和进

行操作。

20、通道是一个特殊功能的,它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。

21、汉字的、、是计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同

用途的编码。

22、数组多路通道允许个设备进行型操作，数据传送单位是

23、RISC机器一定是CPU,但后者不一定是RISC机器，奔腾机属于机器

24、当今的CPU芯片除了包括定点运算器和控制器外，还包括、运算器和

管理等部件。

25、相联存储器是按访问的存储器，在cache中用来存放,在虚拟存

储器中用来存放.

三、名词解释题

26、软件兼容:

27、指令模拟:

28、气泡式喷墨打印机:

29、无条件转移:

四、简答题

30、原理性地说明条件相对转移指令的指令格式和执行步骤。

31、同步通信方式：何谓存储总线？何谓I/。总线？各有何特点？

32、浮点数的阶码为什么通常采用移码？

33、什么是并行处理？

五、计算题

34、一个16Kxi6位的存储器，有IKx4位的DRAM芯片，内部结构由64x64构成,

试问：

1）采用异步刷新方式，如果最大刷新间隔为2ms,则相邻两行之间的刷新

间隔是多少？

2）如果采用集中刷新方式，则存储器刷新一遍最少用多少个存储周期？设

存储器的存储周期为0.5us,"死区"占多少时间？"死时间率"为多少（刷新周

期为2ms）?

35、设有一个64Kx8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称

存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择

应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明

有几种解答。

36、假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址和二地

址3种格式。

1）设操作码固定，若零地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地址指令最多

有多少种？

2）采用扩展操作码技术，二地址指令最多有多少种？

3）采用扩展操作码技术，若二地址指令有P条，零地址指令有Q条，则一地址指

令最多有几种？

六、综合题

37、现有4级流水线，分别完成取指、指令译码并取数、运算、回写4步操作，假

设完成各部操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns。试问：

1）流水线的操作周期应设计为多少？

2）试给出相邻两条指令发生数据相关的例子（假设在硬件上不采取措施），试分

析第2条指令要推迟多少时间进行才不会出错？

3）如果在硬件设计上加以改进，至少需要推迟多少时间？

38、写出一个定点8位字长的二进制数在下列情况中所能表示的真值（数值）范围:

1）不带符号数表示。

2）原码表示。

3）补码表示。

4）反码表示。

5）移码表示。

39、某机器采用一地址格式的指令系统，允许直接和间接寻址（机器按字寻址）。

机器配有如下硬件：ACC、MAR、MDR、PC、X、MQ、IR以及变址寄存器R。

和基址寄存器Ra,均为16位。

1）若采用单字长指令，共能完成105种操作，则指令可直接寻址的范围是多少？

一次间接寻址的范围又是多少？

2）若采用双字长指令，操作码位数及寻址方式不变，则指令可直接寻址的范围又

是多少？画出其指令格式并说明各字段的含义。

3）若存储字长不变，可采用什么方法访问容量为8MB的主存？需增设哪些硬件？

参考答案

一、选择题

1、A

2、D

3、C

4、D

5、D

6、B

7、A

8、B

9、D

10、D

11、C

12、D

13、D、

14、B

15、D

二、填空题

16、字向位向

17、精简指令系统计算机复杂指令系统计算机

18、MMX多媒体扩展结构

19、阶码指对阶

20、处理器指令和程序

21、输入编码（或输入码）内码（或机内码）字模码

22、1（单）传输数据块

23、流水CISC

24、cache浮点存储

25、内容行地址表段表、页表和快表

三、名词解释题

26、软件兼容：

一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同的结果，则称这两个

计算机系统是软件兼容的。

27、指令模拟:

在一种计算机上用软件来解释执行另一种计算机的指令。

28、气泡式喷墨打印机：

一种非击打式打印设备，喷头通过电加热，使墨水在蒸气的作用下从喷头射到纸上。

29、无条件转移：

一种转移指令类型，不管状态如何，一律进行转移操作。

四、简答题

30、解析：

1）按指令功能分类，一般可将指令分为以下几类:

①算术和逻辑运算指令：每台计算机都不可或缺的指令，用来完成算术逻辑

运算。

②移位指令：用来完成算术移位和逻辑移位。

③数据传送指令：用来完成CPU与主存储器之间的数据传送，在统一编址的

机器中还可以用来完成CPU与I/O设备的数据传送。

④转移指令、子程序调用与返回指令：主要用来改变指令执行次序的问题。

⑤其他指令：停机指令，开、关中断指令等。

2）按操作数个数分类，一般可分为：

①零操作数指令。②单操作数指令。③双操作数指令。④多操作数指令。

31、答：（1）存储总线是连接CPU和主存储器之间的专用总线，速度高.（2）I/O总线

是连接主机（CPU、M）与10设备之间的总线，可扩展性好。

32、解析：假设采用n位数值位，由移码的定义可知，有如下关系：

当x<0口

I[x]K>2"当X20口

'"•修

因此，正数的移码一定大于负数的移码，这个是移码与原码、补码、反码的一个重要区别。更重要的是,

移码具有如下性质：

当x>y时，冈亚〉用"

33、答：广义地讲，并行性有两种含义：一是同时性，指两个或多个事件在同一时刻发生;

二是并发性，指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。计算机的并行处理技术可贯穿于

信息加工的各个步骤和阶段，概括起来，主要有三种形式：（1）时间并行：指时间重叠,

在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一

套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。（2）空间并行：指资源重复，在

并行性概念中引入空间因素，以"数量取胜"为原则来大幅度提高计算机的处理速度。

（3）时间并行+空间并行：指时间重叠和资源重复的综合应用，既采用时间并行性又采

用空间并行性

五、计算题

34、解析：不论采用何种刷新方式，刷新都是从单个芯片的存储容量着手。

1)采用异步刷新方式，在2ms时间内把芯片的64行刷新一遍，相邻两行之间的刷

新间隔=2ms/64=31.25〃s,可取的刷新间隔为31心。

2)如果采用集中刷新方式，则存储器刷新一遍最少用64个存储周期，因为存储器

的存储周期为0.5〃s,则"死区”=0.54SX64=32〃S,“死时间

率"=32MS/2000MSX100%=I.6%O

35、解析：存储基元总数=64Kx8位=512K位=219位。

思路：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因

为地址位数和字数成2的幕的关系，可较好地压缩线数。

设地址线根数为a,数据线根数为b,则片容量为2axb=219；b=219-a。

若a=19,b=L总和=19+1=20；

若a=18,b=2,总和=18+2=20；

若a=17,b=4,总和=17+4=21；

若a=16,b=8,总和=16+8=24；

由上可看出，片字数越少，片字长越长，引脚数越多。片字数、片位数均按

2的塞变化。

通过证明也是能得出结论的，我们要最小化a+b=a+2i%4。

令F(a)=a+b=a+2if对a求导后，得到1-In2xax29。

在l«awl8时，F是单调递减函数，所以在这个区间最小值为F(18)=20,

剩下F(19)=20o

所以得出结论：如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分

配方案有两种：地址线=19根，数据线=1根；地址线=18根，数据线=2根。

36、解析:

1）由于操作数的地址码为6位，因此二地址指令中操作码的位数为16-6-6=4位，

即操作码只占4位。又由于操作码固定，因此零地址指令、一地址指令、二地址指

令的总和不能超过16。现已知零地址指令有M种，一地址指令有N种，所有二地址

指令最多有16-M-N种。

2）在1）中算得二地址指令的操作码为4位，即最多有20=16条指令。但是绝对不

能取16。如果取了16,就不能扩展成一地址指令和零地址指令了。因此，二地址

指令最多只能有15条。

3）由于操作码位数可变，且二地址指令、一地址指令和零地址指令的操作码长度

分别为4位、10位、16位，因此二地址指令每减少一条，就可以多出26条一地址指

令；一地址指令每减少一条，就可以多出26条零地址指令。根据以上分析，假设一

地址指令有X条，则一地址指令最多有（24-P）x26条，零地址指令就应该最多有

[（24-P）x26-R]x26条。根据题中给出的零地址指令有Q条，则可以得出一个公

式，如下：

Q=[（24-P）X26-R]X26

可解得：R=（24-P）x26-Qx2-6

六、综合题

37、解析：

1）流水线操作的时钟周期T应按4步操作中所需时间最长的一个步骤来考虑，所以

T=100ns.

2）两条指令发生数据相关冲突的例子如下：

ADDRI,R2,R3（R2）+（R3）-R1

（将寄存器R2和R3的内容相加存储到寄存器RI）

SUBR4,RI,R5(RI)-(R5)-R4

（将寄存器R1的内容减去寄存器R5的内容，并将相减的结果存储到寄存器R4）

分析如下：首先这两条指令发生写后读（RAW）相关。两条指令在流水线中的执

行情况见表。

时钟

I234567

ADD取指指令详码冲取数运”引E

SUB取指指令译码并取数运算写网

ADD指令在时钟4时将结果写入寄存器堆（R1）,但SUB指令在时钟3时读寄存器

堆

（RI）o本来ADD指令应先写入RLSUB指令后读RL结果变成SUB指令先

读R1.ADD指令后写R1,因而发生数据冲突。如果硬件上不采取措施，则第2条

指令SUB至少应该推迟两个时钟周期（2x100ns）,即SUB指令中的指令译码

并取数周期应该在ADD指令的写回周期之后才能保证不会出错，见表。

钟

1234567

ADD取将指令洋码片取数运蛭

SUB取指指令译码并取数运K笃M

3）如果硬件上加以改进，则只延迟一个时钟周期即可（100ns）o因为在ADD指

令中，运算周期就已经将结果得到了，可以通过数据旁路技术在运算结果得到的时

候将结果快速地送入寄存器RI,而不需要等到写回周期完成，见表。

叶钟

1234567

指

运翼（井果用数据旁路

ADD取指指令令码井取数