四川大学《计算机组成原理》2021-2022学年期末试卷

四川大学《计算机组成原理》2021-2022学年期末试卷四川大学期末考试试题（闭卷）（2021——2022学年第2学期）A卷成绩：__________课程号：304036030课序号：__________课程名称：计算机组成原理任课教师：__________适用专业年级：__________学生人数：__________印题份数：__________考试时间：120分钟学号：__________姓名：__________班级：__________考生承诺我已认真阅读并知晓《四川大学考场规则》和《四川大学本科学生考试违纪作弊处分规定（修订）》，郑重承诺：1、已按要求将考试禁止携带的文具用品或与考试有关的物品放置在指定地点；2、不带手机进入考场；3、考试期间遵守以上两项规定，若有违规行为，同意按照有关条款接受处理。考生签名：__________日期：__________一、填空题（本大题共15空，每空2分，共30分）1.为下面的描述选择最匹配的词，将其前面的编号填入空格（备选词：A.汇编器B.DRAMC.虚拟存储器D.编译器E.SRAM）（1）用于构建Cache的器件__________（2）将高级语言翻译成汇编语言的程序__________（3）将指令从符号码翻译成二进制码的程序__________（4）一种解决主存容量不足的方法__________2.请将X86汇编指令moveax,0用两条MIPS指令实现：__________，__________。3.假设一个CPU执行一条乘法指令要10ns，执行一条减法指令要1ns，那么运算d=a×b-a×c花的时间是__________，软件优化后则是__________，性能和优化前相比的倍数是__________。4.十进制数-2047在32位MIPS机器里的补码表示是__________。5.MIPS没有立即数减法指令，它可以通过__________指令实现。6.下列时序逻辑部件有__________，组合逻辑部件有__________（备选部件：A.比较器B.寄存器C.存储器D.加法器）。7.对于具有2GB主存，128KB高速缓存的32位MIPS机器，块大小为128B，当CPU访问内存地址为00100000000100010000101110000101时，如果高速缓存采用直接映像的话，此地址映射到Cache的行号是__________；如果高速缓存采用4-Way（每行4块）组相联映像的话，此地址映射到Cache的行号是__________。二、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分）提示：按照每小题的要求回答，若正确则给分，若完全错误则无分，若不准确或不全面，则酌情扣分。1.有三种不同的处理器P1，P2，P3执行相同的指令集，其时钟频率和CPI如下：处理器时钟频率CPIP12GHz1.5P21.5GHz1.0P33GHz2.5（1）解释CPI的含义；（2）以每条指令执行所花的时间为标准，哪个处理器性能最高？（3）如果每个处理器执行程序都花了1秒时间，则各自执行的指令数是多少？2.简述冯·诺依曼计算机的基本思想，并说明其五大硬件组成部分的核心功能。3.简述Cache的作用及程序访问的局部性原理，说明直接映像和组相联映像两种Cache映射方式的优缺点。4.什么是总线带宽？简述总线的基本功能，以及采用总线结构对计算机系统设计的好处。三、计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）1.已知某32位MIPS处理器，主存容量为2GB，按字节编址，Cache容量为128KB，块大小为128B，采用4-Way组相联映像方式。（1）计算主存地址的各字段（标记位、组号、块内偏移量）的位数；（2）计算Cache的组数和每组的块数；（3）若主存地址为0x00100001，计算其映射到Cache的组号。2.已知十进制数x=-127，y=64，采用16位补码进行运算，计算x+y和x-y的补码结果，并判断运算是否溢出（要求写出补码转换过程和运算过程）。3.某CPU的时钟频率为2GHz，执行一段程序时，共执行了1000万条指令，其中乘法指令200万条（CPI=10），减法指令300万条（CPI=1），其余为普通指令（CPI=2）。（1）计算该程序的平均CPI；（2）计算该程序的执行时间；（3）若对乘法指令进行优化，使乘法指令的CPI降至5，计算优化后的程序执行时间和性能提升比例。四、综合分析题（本大题共1小题，共20分）某计算机系统采用微程序控制器，已知其控存容量为1024×32位，微指令格式由操作控制字段和顺序控制字段组成，其中操作控制字段采用直接编码方式，顺序控制字段采用增量寻址+断定寻址结合的方式。（1）说明微程序控制器的核心组成部件及各部件的功能；（2）计算操作控制字段和顺序控制字段的位数（说明计算依据）；（3）简述微指令的执行过程，说明增量寻址和断定寻址在微程序流程控制中的作用；（4）与组合逻辑控制器相比，微程序控制器有哪些优缺点？--------------------------以下为答题区域--------------------------一、填空题（每空2分，共30分）1.（1）__________（2）__________（3）__________（4）__________2.__________，__________3.__________，__________，__________4.__________5.__________6.__________，__________7.__________，__________二、简答题（每小题5分，共20分）1.答：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.答：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.答：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4.答：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________三、计算题（每小题10分，共30分）1.解：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.解：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3.解：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________四、综合分析题（共20分）答：____________________