2014-2015(2)14级专升《计算机组成原理》期中试卷

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数计学院2014级计算机科学与技术专业

《计算机组成原理》期中试卷

注意事项：请将答案写在统一的答题纸上（写在试卷或其他位置均不得分）

题一 二 三 总分 号 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 得 分 一、简答：（20分）

1．冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些组成部分？（7分）2、计算机系统为什么能够出现软件转化硬件、硬件转化为软件的现象？实现软件与硬件之间的这种转化是通过什么实现的？（7分）

3．在一个进程的执行过程中，是否所有的页面均必须处于主存之中？（6分）

二．计算题（40分）

1、已知下列x、y的值，请用变形补码计算x+y，并判断结果是否溢出。（6分）x=-11011,y=10101（10分）

2、设：x=-11011,y= 1111，用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算x×y。（12分）

3、设：x=-11000,y=1111，用原码阵列除法器计算x÷y。（10分）

4、设阶码3位，尾数6位，x=2-011×0.100101,y=2-010×(-0.011110)，按浮点运算方法，完成[x+y]、[x-y]运算。（10分）

三、设计题（每小题10分，共40分）

1、用32K*8位的EEPROM芯片组成128K*16位的只读存储器，问： （1）数据寄存器是多少位？为什么？1分

（2）地址寄存器是多少位？为什么？1分 （3）共需多少片EEPROM芯片？为什么？1分 （4）画出此存储器的逻辑框图。7分

2、假设主存容量16M×32位，Cache容量64K×32位，主存与Cache之间以每块4×32位大小传送数据，请确定直接映射方式的有关参数（7分），并画出主存地址格式（3分）。

3、一个组相联Cache由64个行组成，每组4行。主存储器包含4K个块，每块128字。请表示内存地址的格式。（10分）

4、某机主存容量1MB，字长1B，块大小16B，Cache容量64KB，若Cache采用直接映射方式，请给出2个不同标记的内存地址，它们映射到同一个Cache行。（10分）

1

参考答案： 一、简答：

1．冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些组成部分？（5分）

采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。

主要组成部分有：:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

2、计算机系统为什么能够出现软件转化硬件、硬件转化为软件的现象？实现软件与硬件之间的这种转化是通过什么实现的？（5分）

因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。

实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。

3．指令:计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术或逻辑运算的操作称为一条指令。

程序：实现某功能的一串指令序列称为程序。

它们的区别：指令是计算机硬件能直接识别的二进制代码；而程序一般是采用某种语言编写实现计算机功能的代码，可以是机器语言编写的二进制代码，也可以由汇编语言或其他高级语言编写的符号代码，程序经过编译或解释后可转化成为指令代码，是指令的有机集合。

4.（5分）在一个进程的执行过程中，要根据系统是否具有虚拟存储管理系统，如果具有虚拟存储，管理系统则要根据程序局部性原理一部分页面在主存中，一部分页面在辅存中；如果系统不具有虚拟存储管理系统，则进程的全部页面都进入主存中。

二．计算题（40分）

1、已知下列x、y的值，请用变形补码计算x+y，并判断结果是否溢出。（10分）

x=-11011,y= 10101

答：用变形补码进行计算：

[x]补=11 00101 [y]补=00 10101

[x]补= 11 00101 [y]补= + 00 10101 [x+y]补= 11 11010

符号位同号结果没有溢出。因为符号位11，结果小于0，原码是补码，所以x+y= —00110

2、用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算x×y。（10分） x=-11011,y= 1111

答：（1）用原码阵列乘法器：输入数据用原码

[x]原=1 11011 [y]原=0 1111

因符号位单独考虑，算前求补：|x|=11011 |y|=1111

1 1 0 1 1 ×) 1 1 1 1

———————————

1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1

———————————

1 1 0 0 1 0 1 0 1 符号位运算：0⊕1＝1

[x×y]原=1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 [x×y]真值＝－110010101

用补码阵列乘法器： 输入数据用补码 [x]补=1 00101 [y]补=0 1111 乘积符号位为：0⊕1＝1

算前求补输出：|x|=11011 |y|=1111

1 1 0 1 1 ×) 1 1 1 1

———————————

1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1

———————————

1 1 0 0 1 0 1 0 1

算后求补：001101011 加上符号位1后得：

[x×y]补=1 001101011

[x×y]原＝1 110010101 [x×y]真值＝－110010101

2

3、用原码阵列除法器计算x÷y。（10分）

×0.100101,y=2-010×(-0.011110)，按浮点运算方法，

设阶码3位，尾数6位，x=2

-011

x=-11000, y= 1111＝+01111

答：(1) [x]补=1 01000. [|y|]补＝0 01111. [-|y|]补=1 10001 符号位运算：0⊕1＝1

被除数X 1 01000. +[-|y|]补 1 10001. ------------------------------

0 11001 余数为正 →q0=1 0 10010 余数左移1位

+[-|y|]补 1 10001

--------------------------

0 00011 余数为正→q1=1 0 00110 左移

+[-|y|]补 1 00001

----------------------------------------------------

1 00111 余数为负→q2=0

1 01110 左移

+[|y|]补 0 1111

----------------------------------------------------

1 11101 余数为负→q3=0

1 11010 左移

+[|y|]补 0 1111

----------------------------------------------------

0 01001 余数为正→q4=1 0 10010 左移

+[-|y|]补 1 10001

----------------------------------------------------

0 00011 余数为正→q5=1

故 [x÷y]原=1 1.10011 即 x÷y= -1.11001 余数为 0.00011

（可与手工计算对比，本题针对整数的原码阵列除法采用的是余数左移，如果计算小数除则需将除数右移——教材P43例23）

完成[x+y]、[x-y]运算。（12分）

4.答：(1) x = 2-011×0.100101, y = 2-010×(-0.011110) [x]浮= 00 101 0.100101 [y]浮=11 110 0.011110

Ex-Ey = -011+010=-01 小阶向大阶对齐，即阶码取－010 对阶后[x]浮= 00 110 0.010010(1)

X+Y

0 0. 0 1 0 0 1 0 (1) + 1 1. 1 0 0 0 1 0

------------------------------- 1 1. 1 1 0 1 0 0 (1)

尾数最高位与符号位同值，两次左规格化处理: 11.010010 阶码-2 x+y= [11.010010]补×2-100 = 2-100 ×(-0.101110) X－Y

0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)

+ 0 0. 0 1 1 1 1 0

----------------------- 0 0 1 1 0 0 0 0 (1)

尾数最高位与符号位不同值，不需规格化，阶码仍为－010 x-y=2-010×0.110001

三、

1、（1）系统16位数据，所以数据寄存器16位（1分）

（2）系统地址128K＝217，所以地址寄存器17位（1分） （3） 共需要8片（1分） （4） 组成框图如下（7分）

3

-100 即为：

2、直接映射下的主存地址格式如下：2分

主存标记 Cache行号 块内地址 8位 14位 2位

每块4字， 块内的字地址需要2位（2分）

Cache容量64KB ，Cache共包含16K个块，Cache块号需要14位（2分）主存16MB，主存地址为24位，（2分） 主存标记位有24－14－2 = 8位（2分）

3、组相联映射下的主存地址格式如下：

主存标记 组号 块内地址 8位 4位 7位 因为：每块128字，假定主存以字进行组织块内的字地址需要7位

Cache由64个行组成，每组4行，Cache中共包含16组，需4位组号 主存包含4K个块，主存块号为12位，主存标记位有12－4=8位

4、直接映射下的主存地址格式如下：

主存标记 Cache行号 块内地址 4位 12位 4位

每块16B，块内的字节地址需要4位

Cache容量64K，共包含4K块，Cache块号12位

主存容量1MB，主存地址20位, 主存标记位20－12－4 = 4位 两个满足题目要求的主存地址：

0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000

4

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