2021年中南民族大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷A(有答案)

2021年中南民族大学软件工程专业《计算机组成原理》科目期末试卷

A（有答案）

一、选择题

1、下面关于计算机Cache的论述中，正确的是（）。

ACache是一种介于主存和辅存之间的存储器，用于主存和辅存之间的缓冲存储

B.如果访问Cache不命中，则用从内存中取到的字节代替Cache中最近访问过的字节

C.Cache的命中率必须很高，一般要达到90%以上

D.Cache中的信息必须与主存中的信息时刻保持一致

2、某C语言程序段如下：

for（i=0；i<9：i++）{

temp=l；

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

3、在补码一位乘中，若判断位匕丫群尸01,则应执行的操作为（）。

A.原部分积加［・x］补，然后右移一位

B,原部分积加冈补，然后右移一位

C.原部分积加［-X］讣，然后左移一位

D,原部分积加冈讣，然后左移一位

4、某字长为8位的计算机中，已知整型变量x、y的机器数分别为

冈产11110100，仞产10110000.若整型变量z=2x+y/2,则z的机器数为（）。

A.11000000B.00100100C.10101010D.溢出

5、在浮点机中，（）是隐藏的。

A.阶码B.数符C.尾数D.基数

6、下列有关总线定时的叙述中，错误的是〈〉。

A.异步通信方式中，全互锁协议最慢

B,异步通信方式中，非互锁协议的可靠性最差

C.同步通信方式中，同步时钟信号可由各设备提供

D.半同步通信方式中，握手信号的采样由同步时钟控制

7、一次总线事务中，主设备只需给出一个首地址，从设备就能从首地址开始的若干连续

单元读出或写入多个数据。这种总线事务方式称为（）。

A.并行传输B.串行传输（:.突发传输D.同步传输

8、（）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

9、计算机硬件能够直接执行的是（）。

1.机器语言程序1口.汇编语言程序DI.硬件描述语言程序入

A.仅iB.仅I、nc.仅i、inD.i、n、m

10、某CPU主频为1.03GHz,采用4级指令流水线，每个流水段的执行需要1个时钟周

期。假定CPU执行了100条指令，在其执行过程中，没有发生任何流水，线阻塞，此时

流水线的吞吐率为（）。

AO25X109条指令/秒

B.0.97X109条指令/秒

CL0X109条指令/秒

D.1.03X109条指令/秒

1L某计算机的指令流水线由4个功能段组成，指令流经各功能段的时间（忽略各功能段

之间的缓存时间）分别为90ns,80ns、70ns和60ns,则该计算机的CPU时钟周期至

少是）（）。

A.90nsB.80nsC.70nsD.60ns

12、下列不属于程序控制指令的是（）。

A.无条件转移指令

B.条件转移指令

C.中断隐指令

D.循环指令

13、在下列寻址中，（）寻址方式需要先运算再访问主存。

A.立即B.变址C.间接D.直接

14、依赖硬件的数据传送方式是（）。

A.程序控制B.程序中断CDMAD.无

15、I/O指令实现的数据传送通常发生在（）。

A.I/。设备和I/O端U之间

B.通用寄存器和I/O设备之间

C.I/O端口和I/O端口之间

D.通用寄存器和I/O端口之间

二、填空题

16、存储并按顺序执行，这是冯•诺依曼型计算机的工作原理。

17、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。

18、数控机床是计算机在方面的应用，邮局把信件自动分练是在计算机方

面的应用。

19、按IEEE754标准，一个浮点数的阶码E的值等于指数的加上一个固定的

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。

2L计算机软件一般分为两大类：一类叫,另一类叫操作系统属于类

22、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6

23、一位十进制数，用BCD码表示需要位二进制码，用ASCII码表示需要

位二进制码。

24、对存储器的要求是、、为了解决这三个方面的矛盾。计算机

采用多级存储器体系结构。

25、存储器的技术指标有存储容量、存取时间、和、

三、名词解释题

26、编译程序:

27、向量地址:

28、指令编码:

29、总线事务:

四、简答题

30、DMA方式有什么特点？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式，举例

说明。

31、简述同步总线的定时方式。

32、简要说明通用I/O标准接口SCSI的性能特点。

33、一个较完善的指令系统应包括哪儿类?

五、计算题

34、已知计算机的字长为32位，存储罂的容量为1MR.如果按字节、半字、字、双字寻址，寻址范围各

是多少？

35、一个16Kxl6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）?

36、假设某字长为8位的计算机中，带符号整数采用补码表示，x=-68,y=-80>x

和y分别存放在寄存器A和B中。请回答下列问题（要求最终用十六进制表示二进制

序列）；

1）寄存器A和B中的内容分别是什么？

2）若x和y相加后的结果存放在寄存器C中，则寄存器C中的内容是什么？运

算结果是否正确？此时，溢出标志（OF）、符号标志（SF）和零标志（ZF）各是

什么？加法器最高位的进位C。是什么？

3）若x和y相减后的结果存放在寄存器D中，则寄存器D中的内容是什么？运

算结果是否正确？此时，溢出标志（OF）、符号标志（SF）和零标志（ZF）各是

什么？加法器最高位的进位Cn是什么？

4）若将加法器最高位的进位Cn作为进位标志（CF）,则能否直接根据CF的

值对两个带符号整数的大小进行比较？

六、综合题

37、某计算机的主存地址空间大小为256MB,按字节编址。指令Cache和数据

Cache分离，均有8个Cache行，每个Cache行大小为64B,数据Cache采用直接

映射方式。现有两个功能相同的程序A和B,其伪代码如下所示：

程序A:程序B:

inta[256][256]；inta[256][256]；

假…

定

intsumarray1（）intsumarray2（）

I{

intij,sum=0：iniijsum=0：

for（i=0：i<256；i++）fbrQ=0：j<256：卅）

for0=0：j<256：jz）for（i=0：i<256：i-M-）

sum+=a[i][j]：sum+=afiKj）：

returnsum：returnsum：

int类型数据用32位补码表示，程序编译时，i、j、sum均分配在寄存器中，数组a

按行优先方式存放，其首地址为320（+进制）o请回答下列问题，要求说明理由

或给出计算过程。

1）若不考虑用于Cache一致性维护和替换算法的控制位，则数据Cache的总容量

为多少？

2）数组元素a[0][31]和a[l]⑴各自所在的主存块对应的Cache行号分别是多少

（Cache行号从0开始）？

3）程序A和B的数据访问命中率各是多少？哪个程序的执行时间更短?

38、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。

指令系统中部分指令格式

名林指令的;【找格式指>功能

加法所。ADDRS.Rd(RsHRd)-Rd

”术左移SHI.Rd2，(Rd)rRd

算术看移SHRRd(Rd)/2-Rd

取数指令LOADRd.mem(nwmLRd

。数指令STORERs.mcm(Rs)-mcm

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

储单元地址分别为冈、［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

IlLOADRI,[a]

12LOADR2,[b]

13ADDRI,R2

14STORER2,[x]

指令序列的执行过程

时间日元

ffi勺

1234S678910II121314

11IFIDEXMWB

12IFIDEXMWB

13IKIDEXMWB

14IFIDEXMWB

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仅人［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。

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、C

2、A

3、B

4、A

5、D

6、C

7、C

8、D

9、A

10、C

11、A

12、C

13、B

14、C

15、D、

二、填空题

16、程序地址

17、存取时间存储周期存储器带宽

18、自动控制人工智能

19、真值偏移量

20、跳跃程序计数器

21、系统程序应用程序系统程序

22、cache浮点存储

23、47

24、容量大速度快成本低

25、存储周期存储器带宽

三、名词解释题

26、编译程序：

将高级语言程序转换成机器语言程序的计算机软件。

27、向量地址：

向量地址是存放服务程序入口地址的存储单元地址，它由硬件形成3.双重分组跳跃进位；

n位全加器分成若干大组，大组内又分成若干小组，大组中小组的最高进位同时产生，大

组与大组间的进位串行传送。

28、指令编码；

将指令分成操作码和操作数地址码的几个字段来编码.

29、总线事务；

从总线的请求到完成总线的使用的操作序列。

四、简答题

30、答；由于主存和DMA接口之间有一条数据通路，因此主存和设备交换信息时，不通

过CPU,也不需用CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护现场和恢复现场，因此工

作效率比程序中断方式的效率高。适合于高速I/O或辅存与主存之间的信息交换。因为高

速1/0设备若每次申请与主机交换信息时，都要等待CPU作出中断响应后再进行，很可

能因此使数据丢失。

31、答：规定固定的传输率，每隔一定的时间进行一次数据传递，一直到传输完毕。这是

一种比较简单的通信方式，主要适合传输速度固定或者差异比较小的情况。

32、答：（1）SCSI接口总线有8条数据线、1条奇偶校验线、9条控制线组成。使用

50芯电缆，规定了两种电气条件：单端驱动和差分驱动。（2）总线时钟频率高。（3）

SCSI接口总线以菊花链形式最多可接8台设备。（4）每个SCSI设备有自己唯一的设备

号ID=0-7。ID=7的设备有最高优先权，ID」0的设备优先权最低。采用分布式总线仲裁

策略。（5）SCSI设备是指连接在SCSI总线上的智能设备，即除主适配器HBA外，其他

SCSI设备实际是外设的适配器或控制器。（6）SCSI设备是智能设备，对SCSI总线以至

主机屏蔽了实际外设的固有物理属性，设备间可用一套标准命令进行数据传送。（7）

SCSI设备间是一种对等关系，而不是主从关系。

33、答：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。

五、计算题

34、解：首先1MB=8Mhit（为了在后面的计算中单位统一）按字节寻址时，寻址范围为：

8Mbit/8bit=IMB.按半字寻址时，寻址范围为；8Mbit/16bit=512KB0按字寻址时，寻址范围为：

8Mbit/32bit=256KB。按双字寻址时，寻址范围为：8Mbit/64bit=128KB.

35、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31m。

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必，则"死区"二0.5匹乂64=32年，"死时间

率"=32/zs/2000/zsxl00%=l.6%o

36、解析；

1）[-68]fl=[-1000100B]补=10111100B=BCH。

[-80]^[-lOlOOOOB]4=10110000B=B0HO

所以，寄存器A和寄存器B中的内容分别是BCH和BOH。

2）®[x+y]ih=[x]1h+[y]ft=10111100B+10110000B=（1）0U0100B=6CH,最

高位前面的一位1被丢弃，因此，寄存器C中的内容为6CH。

2②寄存器C中的内容为6CH,对应的真值为+108,而x+y的正确结果应是・68+

（-80）-148,故结果不正确。

③溢出标志位（OF）可采用以下任意一条规则判断得到。

规则L若两个加数的符号位相同，但与结果的符号位相异，则溢出6

规则2：若最高位上的进位和次高位上的进位不同，则溢出。

通过这两个规则都能判断出结果溢出，即溢出标志位（OF）为L说明寄存器C中

的内容不是正确的结果。结果的第一位0为符号标志（SF）,表示结果为整数。因

为结果不为0,所以零标志ZF=0。

综上，溢出标志（OF）为1,符号标志（SF）为0,零标志（ZF）为0。

④加法器最高位向前的进位Cn为I。

3）®[x-y]=[x]n+[-y],=10111100B+01010000B=（1）

OOOOUOOB=OCH,最高位前面的一位1被丢弃，因此，寄存器D中的内容为CH。

②对应的真值为+12,结果正确。

③两个加数的符号位相异一定不会溢出，因此溢出标志（OF）为0,说明寄

存器D中的内容是真正的结果：结果的第一位0为符号标志（SF）,表示结果为正

数：因为结果不为0,所以零标志ZF=0。

综上，溢出标志（OF）为0,符号标志（SF）为0,零标志（ZF）为0。

④加法器最高位向前的进位Ca为L

4)从2)和3)的例子就可得出,带符号整数-68和・80时,C。为L而带符

号数-68和80时，Cn一样为1,所以若将加法器最高位的进位Ca作为进位标志

(CF).无法直接根据CF的值为断两个带符号整数的大小。

六、综合题

37、解析；1)Cache结构如下。

V•・•TagData

此处的行即为块(Block)。直接映射下，每块的Cache结构一般分为4个部

分，其中，V：1位，表示所在的块是否有效。

...：表示用于Cache一致性维护和替换算法的控制位。

TAG：地址转换标记。

如果不计算“二部分，则Cache的大小由V、Tag和Data(数据)3部分组

成。在直接映射中，可以将地址分为如下3个部分：

Tag快索引块内

本题中，总的寻址位数为28位(228=256M)；块内位为6位(25-64),

5~0位;块索引为3位(23=8),8~6位。因此，Tag=28・6・3=19位,即27〜9

位。

每行(块)的大小=V+Tag+数据=1+19+64x8位。

数据Cache有8行，总容量为(1+19+64x8)x8/8=532B。

2)由于数组在存储器中按行优先方式存放，因此每个数盘元素占4B。数组

首地址为320,因此可知：

凯0][31]在存储器中的地址为320+31x4=444=000110111100B

a皿1]在存储器中的地址为320+(256+1)x4=1348=010101000100B按

直接映射方式，地址分为3部分，块索引在地址的8~6位，因此两地址所对应的块

索引分别为6(110B)、5(101B)。

3）数组a中每个数据只用了一次，如果程序没有命中，则从主存中读入一块,

大小64B,相当于16个整数。对于程序A,如果是按行连续存放的，那么从主存读

入一块到Cache（一次失配）后，随后的15次便都Cache命中，读一次管16次，

因此命中率为

［（216-212）/2可乂100%=93.75%

程序B随列访问数组a,由于Cache的容量太小，读入的数据块留不到下次用

便又被替换，因此每次都失败，命中率为0%。

另一种算法是，由于数组a一行的数据量为1KB>64B,因此访问第0行时，

每个元素都不命中，由于数组有256列，数据Cache仅有8行，故访问数组后续列

元素仍然不命中，于是程序B的数据访问命中率为0%。

由于从Cache读数据比从内存读数据快很多，因此程序A的执行时间更短。

分析；

1）V、Tag、Data是每个Cache块（行）的必要组成。为了提高效率或者实

行替换算法，每个块还需要一些控制位，这些位根据不同的设计要求而定。

2）本题中计算两个数组元素的地址是关键。

3）命中率的计算是本问题的关键。注意数组访问与数组在内存中的存储方

式，以及命中率的定义。

38、解析：

1）x的值为-513,可求得冈产1000001000000001B,除符号位外，各位取反

加1.可以求得冈产1111110111111111B.转换成十六进制表示为:FDFFHo可

以得到，指令执行前R1中存放的内容为：FDFFH。执行指令,SHRR1",表示将

寄存器RI的内容算术右移1位，右移1位之后的结果为；11111U011111111B,

将其转换成十六进制表示为；FEFFH,所以，执行指令〃SHRRI〃后，R1的内容

是FEFFH。

2）除了第1条指令需要5个时钟周期输出结果外，后面的3条指令都只需要一个时

钟周期就可以输出结果，所以至少需要5+（4-1）xl=8个时钟周期。

3）各条指令语句的含义如下：

IlLOADRI,[a]〃将[a]单元中的内容取出，送入寄存器R1中

12L0ADR2,[b]〃将[b]单元中的内容取出，送入寄存器R2中

13ADDRI,R2〃将R1和R2单元中的内容取出，送入寄存器R2中

14STORER2,[x]〃将寄存器R2单元中的内容取出，送入冈中

很明显，指令13需要指令II与指令12的数据，所以存在数据相关，指令13必须等

到指令II、12的结果分别写回寄存器RI和R2,才能执行读寄存器操作，所以13的

ID段被阻塞。另外，由于指令13在ID段被阻塞，导致指令14不能完成取指令操作，

因此指令14的IF段被阻塞。

4）该条语句对应的指令序列有两种情况,因为2x操作有加法：对应第一种）和左

移（对，应第二种）两种方法实现

第一种第:种

IILOADRh[x]liLOADRh[x]

12L0ADR2,[a]12LOADR2,[a]

13ADDRI,RI