2021年南京工程学院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)

实用文档2021年南京工程学院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、某指令系统指令字长为8位，每一地址码长3位，用扩展操作码技术。若指令系统具有两条二地址指令、10条零地址指令，则最多有（）条一地址指令。A.20B.14C.10D.62、某机器采用16位单字长指令，采用定长操作码，地址码为5位，现已定义60条地址指令，那么单地址指令最多有（）条。A.4B.32C.128D.2563、假定变量i、f、d的数据类型分别为int、float、double（int用补码表示，float和double用IEEE754标准中的单精度和双精度浮点数据格式表示），已知i=785，f-l.5678e3，d=1.5el00，若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为真的是（）。I.i==（int）（float）iⅡ.f==（float）（int）fIⅡ.f==（float）（double）fⅣ.（d+f）-d=fA.仅I、ⅡB.仅I、ⅢC.仅Ⅱ、ⅢD.仅Ⅲ、Ⅳ4、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~（1-2-15）B.-（1-2-15）~（1-2-15）C.-1~1D.-1~（1-2-15）5、十进制数-0.3125的8位移码编码为（）。A.D8HB.58HC.A8HD.28H6、某C语言程序段如下：for（i=0；i<9；i++）{temp=1；for（j=0；j<=i；j++）temp+=a[J]；sum+=temp；}下列关于数组a的访问局部性的描述中，正确的是（）。A.时间局部性和空间局部性皆有B.无时间局部性，有空间局部性C.有时间局部性，无空间局部性D.时间局部性和空间局部性皆无7、根据存储内容来进行存取的存储器称为（）。A.双端口存储器B.相联存储器C.交叉存储器D.串行存储器8、计算机硬件能够直接执行的是（）。1.机器语言程序IⅡ.汇编语言程序Ⅲ.硬件描述语言程序入A.仅IB.仅I、ⅡC.仅I、ⅢD.I、Ⅱ、Ⅲ9、（）可区分存储单元中在放的是指令还是数据。A.存储器B.运算C.用户D.控制器10、在下面描述的PCI总线的基本概念中，不正确的表述是（）。A.PCI总线支持即插即用B.PCI总线可对传输信息进行奇偶校验C.系统中允许有多条PCI总线D.PCI设备一定是主设备11、在集中式总线控制中，响应时间最快的是（）。A.链式查询B.计数器定时查询C.独立请求D.分组链式查询12、已知一台时钟频率为2GHz的计算机的CPI为1.2。某程序P在该计算机上的指令条数为4×10-6。若在该计算机上，程序P从开始启动到执行结束所经历的时间是4s，则运行P所用CPU时间占整个CPU时间的百分比大约是（）。A.40%B.60%C.80%D.100%13、指令从流水线开始建立时执行，设指令由取指、分析、执行3个子部件完成，并且，每个子部件的时间均为At，若采用常规标量单流水线处理器（即处理器的度为1），连续执行12条指令，共需（）。Α.12ΔtB.14ΔtC.16ΔtD.18Δt14、对于字符显示器，主机送给显示器的应是显示字符的（）A.ASCI码B.列点阵码C.BCD码D.行点阵码15、在统一编址的方式下，存储单元和I/O设备是靠（）米区分的。A.不同的地址码B.不同的地址线C.不同的指令D.不同的数据线二、填空题16、主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、_______和_______17、目前的CPU包括________、________和cache、18、为了解决多个_______同时竞争总线_______，必须具有_______部件。19、数组多路通道允许________个设备进行________型操作，数据传送单位是________20、形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和_______寻址两种，使用_______来跟踪。21、主存储器容量通常以MB表示，其中M=______，B=______硬盘容量通常以GB表示，其中G=______.22、寻址方式按操作数的物理位置不同，多使用________型和________型，前者比后者执行速度快。23、不同机器有不同的_________RISC指令系统是_________指令系统的改进。24、直接内存访问（DM）方式中，DM控制器从CPU完全接管对_______的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和_______之间进行。25、由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在______和______两方面进行扩充才能满足实际需求。三、名词解释题26、助记符：27、机器周期：28、容量：29、通道：四、简答题30、在计算机中，CPU管理外围设备有几种方式？31、CPU主要有哪些基本功能？CPU主要由哪些基本部件构成？32、在定点机和浮点机中分别如何判断溢出？33、说明计算机系统的层次结构。五、计算题34、一台8位微机的地址总线为l6条，其RAM存储器容量为32KB，首地址为4000H，且地址是连续的，可用的最高地址是多少？35、设存储字长和指令字长均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、一一次间接寻址、多次间接寻址、变址、基址、相对和立即这7种寻址方式，则可在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占几位？寻址特征位占几位？可直接寻址的范围是多少？一次间接寻址的范围是多少？多次间接寻址的范围又是多少？36、现有64K×2位的存储器芯片，欲设计具有同样存储容量的存储器，应如何安排地址线和数据线引脚的数目，使两者之和最小，并说明有几种解法。六、综合题37、假定在一个8位字长的计算机中运行如下类C程序段：unsignedintx=134；unsignedinty=246；intm=x；intn=y；unsignedintz1=x-y；unsignedintz2=x+y；intkl=m-n；intk2=m+n；若编译器编译时将8个8位寄存器R1~R8分别分配至变量x、y、m、n、zl、z2、kl和k2，则回答下列问题（提示：带符号整数用补码表示）：1）执行上述程序段后，寄存器R1，R5和R6的内容分别是什么（用十六进制表示）？2）执行上述程序段后，变量m和k1的值分别是多少（用十进制表示）？3）上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算，这4种运算能否利用同一个加法器及辅助电路实现？简述理由。4）计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出？上述程序段中，哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出？38、某计算机采用16位定长指令字格式，其CPU中有一个标志寄存器，其中包含进位/借位标志CF、零标志ZF和符号标志NF。假定为该机设计了条件转移指令，其格式如图所示。其中，00000为操作码OP；C、Z和N分别为CF、ZF和NF的对应检测位，某检测位为l时表示需检测对应标志，需检测的标志位中只要有一个为1就转移，否则不转移，例如，若C=l，Z=0，N=1，则需检测CF和NF的值，当CF=l或NF=1时发生转移；OFFSET是相对偏移量，用补码表示。转移执行时，转移目标地址为（PC）+2+2×OFFSET；顺序执行时，下条指令地址为（PC）+2。请回答下列问题。1）该计算机存储器按字节编址还是按字编址？该条件转移指令向后（反向）最多可跳转多少条指令？2）某条件转移指令的地址为200CH，指令内容如图所示，若该指令执行时CF=0，ZF=0，NF=1，则该指令执行后PC的值是多少？若该指令执行时CF=1，ZF=0，NF=0，则该指令执行后PC的值又是多少？请给出计算过程。3）实现“无符号数比较小于等于时转移”功能的指令中，C、Z和N应各是什么？4）下图是该指令对应的数据通路示意图，要求给出图中部件①~③的名称或功能说明39、某16位计算机中，带符号整数用补码表示，数据Cache和指令Cache分离。表5-6给出了指令系统中部分指令格式，其中Rs和Rd表示寄存器，mem表示存储单元地址，（x）表示寄存器x或存储单元x的内容。该计算机采用5段流水方式执行指令，各流水段分别是取指IF、译码/读寄存器ID、执行/计算有效地址EX、访问存储器M、结果写回寄存器WB，流水线采用“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发技术处理数据相关，并且同一寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行。请回答下列问题。1）若int型变量x的值为-513，存放在寄存器RI中，则执行指令"SHRRI”后，R1的内容是多少？要求用十六进制表示。2）若某个时间段中，有连续的4条指令进入流水线，在其执行过程中没有发生任何指令段阻塞，则执行这4条指令所需的时钟周期数为多少？3）若高级语言程序中某赋值语句为x=a+b.x、a和b均为int型变量，它们的存储单元地址分别为[x]、[a]和[b]。该语句对应的指令序列如下，其在指令流水线中的执行过程见表这4条指令执行过程中，13的ID段和14的IF段被阻塞的原因各是什么？4）若高级语言程序中某赋值语句为x=2*x+a，x和a均为unsignedint型变量，它们的存储单元地址分别表示为[xJ、[a]。执行这条语句至少需要多少个时钟周期？要求模仿表画出这条语句对应的指令序列及其在流水线中的执行过程示意图。

参考答案一、选择题1、B2、A3、B4、D5、B6、A7、B8、A9、D10、D11、C12、B13、B14、A15、A二、填空题16、存储周期存储器带宽17、控制器运算器18、主设备控制权总线仲裁19、1（单）传输数据块20、跳跃程序计数器21、2208位（1个字节）23022、RRRS23、指令系统CISC24、总线I/O设备（或输入输出设备）25、存取时间存储周期存储器带宽三、名词解释题26、助记符：用容易记忆的符号来表示指令中的操作码和操作数.27、机器周期：指令执行中每一步操作所需的时间。28、容量：是衡量容纳信息能力的指标。29、通道：是一个具有输入输出处理器的输入输出接口。四、简答题30、答：CPU管理外围设备有五种方式：（1）程序查询方式（2）程序中断方式（3）直接内存访问（DMA）方式（4）通道方式（5）外围处理机方式31、答：（1）主要由控制器，运算器两部分组成（2）指令控制、操作控制、数据运算、异常处理和中断；32、解析：（1）定点机定点机中可分别采用单符号位和双符号位判断补码加/减运算是否溢出，其中单符号位又分为两种方法：1）若参加运算的两个操作数符号相同，结果的符号位又与操作数的符号不同，则为溢出。2）若求和时最高进位与次高位进位“异或”结果为1，则为溢出。双符号位判别方法：当最后的运算结果两位符号位为10或者01时，溢出，10表示负溢出，01表示正溢出。（2）浮点机浮点机中的溢出根据阶码来判断。当阶码大于最大正阶码时，即为浮点数溢出：当阶码小于最小负阶码时，按机器零处理。33、答：计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。五、计算题34、解析：32KB存储空间共占用15条地址线，若32KB的存储地址起始单元为0000H，其范围应为0000H~7FFFH，但现在的首地址为4000H，即首地址后移了，因此最高地址也应该相应后移，故最高地址=4000H+7FFFH=BFFFH。归纳总结：32KB的存储空间是连续的，由于首地址发生变化，因此术地址也会跟着发生变化。35、解析：1）由于此指令系统可完成108种操作，因此指令字中的操作码占7位（27=128）。2）由于指令系统中有7种寻址方式，因此寻址特征位占3位。3）由于地址码的位数为24-7-3=14位，因此直接寻址的范围为214。4）由于存储字长为24位，因此一次间接寻址的范围为224。5）由于多次间接寻址需要使用一位来标志是否间接寻址完毕，因此只有23位用做寻址，寻址范围为223。36、解析：不妨设地址线和数据线的数目分别为x和y。只需要满足2x×y=64K×2，有如下方案：当y=l时，x=17：当y=2时，x=16；当y=4时，x=15；当y=8时，x=14。（可不用讨论y等于3、5、6这些情况，不然x就没法计算了）后面的就不用计算了，肯定比前面的引脚数目多。从以上分析可以看出，当数据线为1或2时，地址线和数据线引脚的数目之和为18，达到最小，并且有两种解答。六、综合题37、解析：1）寄存器R1存储的是134，转换成二进制为10000110B，即86H。寄存器R5存储的是x-y的内容，x-y=-112，转换成二进制为10010000B，即90H。寄存器R6存储的是x+y的内容，x+y=380，转换成二进制为101111100B（前面的进位含弃），即7CH。由于计算机字长为8位，因此无符号整数能表示的范围为0～255，而x+y=380，故溢出。2）m二进制表示为10000110B，由于m是int型，因此最高位为符号位，可以得出m的原码为11111010（对10000110除符号位取反加1），即-122。同理，n的二进制表示为11110110B，故n的原码为10001010，转成十进制为-10。因此，k1=-122-（-10）=-112。3）参考答案：可以利用同一个加法器及辅助电路实现。因为无符号整数和有符号整数都是以补码形式存储，所以运算规则都是一样的。但有一点需要考虑，由于无符号整数和有符号整数的表示范围是不一样的，因此需要设置不一样的溢出电路。4）至于内部如何判断溢出，可参考前面的总结。带符号整数只有k2会发生溢出。分析：8位带符号整数的补码取值范围为-128~+127，而k2-m+n=-122-10--132，超出范围。而kl=-112，在范围-128~+127之内。38、解析：l）因为指令字长为16位，且下条指令地址为（PC）+2，故编址单位是字节。偏移OFFSET为8位补码，范围为-128~127，将-128代入转移目标地址计算公式，可以得到（PC）+254=（PC）+127×2，故该条件转移指令向后（反向）最多可跳转127条指令。2）指令中C=0，Z=1，N=1，故应根据ZF和NF的值来判断是否转移。当CF=0，ZF=0，NF=1时，需转移。已知指令中偏移量为11100011B=E3H，符号扩展后为FFE3H，左移一位（乘2）后为FFC6H，故PC的值（即转移目标地址）为200CH+2+FFC6H=1FD4H。当CF=1，ZF=0，NF=0时不转移。PC的值为：200CH+2=200EH。3）指令中的C、Z和N应分别设置为C=Z=l，N=0（参考常见寻址方式最后的补充知识点）。4）部件①：指令寄存器（用于存放当前指令）；部件②：移位寄存器（用于左移一位）；部件③：加法器（地址相加）。39、解析：