组成原理试卷

华中科技大学计算机学院

《计算机组成原理》试卷A （闭卷）

班级 学号 姓名 成绩

一、填空题，每空一分，本题共15分

1．若[x]补=11101100(单符号位)，则[x /2]补=_____11110110_______，[x]补的模为____28________。

2．动态存储器的刷新是按_____行_____(填行或列)进行；若存储单体的容量为64K，采用双译码且地址线平均送到两个译码器中,则刷新地址计数器的模为____28______。

3．设指令中形式地址为D,基址寄存器为BX，则基址寻址方式时，有效地址 E=______（BX）+D____。

4.若被传送的数据为11011011，假设采用偶校验技术，则校验位C =__0____5____。 5．“地址线单双向传输”这句话描述了总线的_____功能和电气_____特性。 6．冯偌依曼计算机的基本原理包括____存储程序______和_____程序控制_____。 7．磁盘的平均存取时间由____寻道_______时间和平均等待时间组成，对于7200转的磁盘而言，其平均等到时间约为___4______ms(取整数)。

8、在微指令格式设计过程中，有8个互斥型的微命令被分配到一组，当该组采用编码方法表示时，微指令格式的相关字段至少需要_____4___位。

9．设计一个64位全并行的ALU需要____5_____片先行进位部件74182。

10．片选信号为101时，选定一个128K?8位的存储芯片，则该芯片的所在存储单元空间的首地址为 0A000H ，末地址为 0BFFFFH 。

二、名词解释，每题2分，共10分

1、 中断

是一种I/O方式,是指发生外部或异常时间后,暂时停止CPU执行的程序,并在保护断点后执行处理外部或异常时间的程序,并在该程序执行完毕后又返回被终止的程序的过程.

2、 组相联映射

是一种主存与CACHE之间数据映射的方法,该方法中主存和CACHE都分组,且CHACHE组内还分行,映射时,数据块所在主存的组和CHACHE的组之间按照直接映射方式进行,CACHE的组确定后,主存的该数据块则可以被映射到在该组的任意行.

3、指令系统

任何计算机所包含的全部指令的集合.指令系统与计算机的硬件结构和性能紧密相关.

4、规格化

就是对浮点数尾数进行处理的一种方法,该方法规定,当浮点数的尾数双符号位与最高数据位不一致时候,采用左移或右移尾数,同时同步增大或减少阶码,直到将浮点数的尾数双符号位变化成最高数据位一致.

5、水平型微指令

一次能定义并执行多个微操作的微指令称为水平型微指令,一般有操作控制字段、判别测试字段和直接地址字段三部分组成，相对于垂直型微指令而言具有灵活、并行操作能力强等优点。

三、简答与论述题,本题共34分

l. 简要说明采用层次结构存储系统的目的和原理；目前存储系统分哪几个层次?它们在存储系统中所起的作用分别是什么?(8分) l. 要点：

1)目的:满足执行程序对高速度、大容量存储空间的需要 （2分） 2)原理：局部性原理 (2分) 3)目前分成CHCHE-----主存—辅存 三个层次 (2分)

其中前者解决主存速度慢的问题，后者解决主存容量小的不足.(各1分,共2分)

2．什么是总线？总线的仲裁方式解决什么问题？简述常见的控制方式及其特点（8分） 2.要点:

1)总线是计算机各大部件之间的连接线，分为数据总线、地址总线和控制总线三类.(1分) 2)总线的仲裁解决多部件争用总线的问题 (1分)

3)常见的仲裁方式包括：串行连接查询、计数器定时查询和独立请求三种方式， (3分) 特点分别为系统容易扩展，但速度慢、优先级固定、单点故障明显；优先级灵活，没有单点故障，但速度慢；优先级灵活、响应速度快，没有单点故障。 (3分)

3．什么是寻址方式？计算机系统为什么需要采用多种寻址方式？画出间接寻址方式的寻址示意图。（8分） 3．要点：

1)寻找操作数据或指令地址的方法.(1分)

2)多种寻址方式的目标是为了解决指令中操作数字段位数不够,从而限制了寻址范围和操作数大小,另外,设置多种寻址方式也为程序设计提供了一定的灵活性.(4分) 3)间接寻址图(3分)

4．简述微程序控制器的设计思想。(10分)

在分析特定CPU结构和相关硬件环境的基础上(这句话很重要,2分),仿照程序设计的方法，画出在特定硬件环境下每条指令的指令周期流程图(2分),把完成每条指令所需要的操作控制信号进行优化和时间同步编写成微指令，然后存放到一个只读存储器(控存)中(3分)。每条机器指令对应一段微程序，当机器执行程序时依次读出每条指令所对应的微指令,执行每条微指令中规定的微操作,从而完成指令的功能,重复这一过程,直到该程序的所有指令完成(2分).

微程序控制器的设计采用了存储技术和程序设计技术，使复杂的控制逻辑得到简化，从而推动了微程序控制器的广泛应用.(1分)

四、判断正误并改正你认为错误的命题(只能修改画线部分)(1*5 = 5分)

1、Cache对系统程序员透明 （ ）

2、浮点数的精确度由阶码的位数决定 ( )

浮点数的精确度由尾数的位数决定

或: 浮点数的范围由阶码的位数决定

3、控存中存放解释指令执行的微程序和数据 ( ) 控存中存放解释指令执行的微程序

4、指令操作码字段的位数决定了指令系统中指令的数量 ( )

5、多操作数指令可以是单字长指令 ( ）

五、计算题 ,本题共21分

1、设X= 27×（29/32），Y = 25×（5/8），阶码为3位，尾数为5位(均不包含符号位)，用变形补码计算X+Y，要求按照计算机中浮点数的运算方法写出详细运算步骤。(8分)

1. 要点：

1) 设阶码和尾数均采用双符号位表示,则

[X]补=00111 00.11101 [Y]补=00101 00.101 (1分) 2) 求出阶差:

??=[X]阶码 + [-Y]阶码= 00111 + 11011 =00010,阶差为 2 ,移动Y的尾数与X对齐 [Y]补=00111 00.00101 (1分) 3) 求出尾数和 00.11101 + 00.00101 = 01.00010 (2分) 4) 规格化并判断结果溢出

因为尾数运算的双符号位不同,因此,需要对结果进行左移规格化,并将阶码加1, 则[X+Y]补 =01000,00.10010 (2分)

由于阶码的双符号位不同,因此,该浮点运算结果发生溢出,且是正溢出(2分)

2、设x＝-0.01011，y＝0.01011，用变形补码计算2x- y (5分)

2、要点:

解; [X]补 = 11.10101 , [Y]补= 00.01011

[2X]补 = 11.01010 , [-Y]补= 11.10101 (2分) [2X]补 + [-Y]补 = 10.11111 (2分) 结果的双符号位不同,故运算结果溢出.。 （1分）

3、已知X= +0.1101 Y=+0.1011 用补码一位乘法求 X?Y ，要求写出详细过程（8分）

3、要点:

1) [X]补=0.1101, [Y]补=0.1011 , [-X]补=1.0011 (1分)

2)按照补码一位乘法的运算过程正确,且得到[XY]补=0.10001111 (6分) 3)求出真值 (1分)

六、已知CPU结构如下图所示，其中包括一个累加器AC、一个状态寄存器和其他几个寄存器。各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传递方向。试完成以下工作：①写出图中四个寄存器A、B、C、D的名称和作用；②简述完成指令ADD Y的数据通路（Y为存储单元地址，本指令功能为(AC)+(Y)→（AC）。（15分）

MM —— 主存储器 A C AC +1 D B ALU 状态寄存器 ID 操作控制器 1) A：DR(数据缓冲寄存器，缓冲数据)

B：IR(指令寄存器，存放指令)

C：AR（地址寄存器，存放访问主存的地址） D：PC（程序计数器，用于表示指令地址)

得分要点：指出了各代表的寄存器名称和相应的作用每项各1分，共8分 2)指令的数据通路:

IR(B) ? AR (C) ? MM ? DR(A) ? ALU ? AC 7分

得分要点：

只要通路正确,其他表现形式也可给分,但如果只用了A 、B 、C、D等来表示，则不给分。

华中科技大学计算机学院

《计算机组成原理》试卷A （闭卷）

班级 学号 姓名 成绩

参考答案

一、填空（每空1分，共15分）

(数据部分按照参考答案,文字部分意思符合即可)

1）11110110， 28 2）行，28 3）（BX）+D 4). 0 5．功能和电气 6)存储程序,程序控制 7)寻道,4 8)4 9)．5 10)．0A000H, 0BFFFFH

二、名词解释（每小题 2分，共10分。）

(评分要求:按照与所给参考答案的符合度给分)

1、中断

是一种I/O方式,是指发生外部或异常时间后,暂时停止CPU执行的程序,并在保护断点后执行处理外部或异常时间的程序,并在该程序执行完毕后又返回被终止的程序的过程.

2、组相联映射

是一种主存与CACHE之间数据映射的方法,该方法中主存和CACHE都分组,且CHACHE组内还分行,映射时,数据块所在主存的组和CHACHE的组之间按照直接映射方式进行,CACHE的组确定后,主存的该数据块则可以被映射到在该组的任意行.

3、指令系统

任何计算机所包含的全部指令的集合.指令系统与计算机的硬件结构和性能紧密相关.

4、规格化

就是对浮点数尾数进行处理的一种方法,该方法规定,当浮点数的尾数双符号位与最高数据位不一致时候,采用左移或右移尾数,同时同步增大或减少阶码,直到将浮点数的尾数双符号位变化成最高数据位一致.

5、水平型微指令

一次能定义并执行多个微操作的微指令称为水平型微指令,一般有操作控制字段、判别测试字段和直接地址字段三部分组成，相对于垂直型微指令而言具有灵活、并行操作能力强等优点。

三、简答与论述题

l. 要点：

1)目的:满足执行程序对高速度、大容量存储空间的需要 （2分） 2)原理：局部性原理 (2分) 3)目前分成CHCHE-----主存—辅存 三个层次 (2分)

其中前者解决主存速度慢的问题，后者解决主存容量小的不足.(各1分,共2分)

2.要点:

1)总线是计算机各大部件之间的连接线，分为数据总线、地址总线和控制总线三类.(1分)

2)总线的仲裁解决多部件争用总线的问题 (1分)

3)常见的仲裁方式包括：串行连接查询、计数器定时查询和独立请求三种方式， (3分) 特点分别为系统容易扩展，但速度慢、优先级固定、单点故障明显；优先级灵活，没有单点故障，但速度慢；优先级灵活、响应速度快，没有单点故障。 (3分)

3．要点：

1)寻找操作数据或指令地址的方法.(1分)

2)多种寻址方式的目标是为了解决指令中操作数字段位数不够,从而限制了寻址范围和操作数大小,另外,设置多种寻址方式也为程序设计提供了一定的灵活性.(4分) 3)间接寻址图(3分)

4．要点:

在分析特定CPU结构和相关硬件环境的基础上(这句话很重要,2分),仿照程序设计的方法，画出在特定硬件环境下每条指令的指令周期流程图(2分),把完成每条指令所需要的操作控制信号进行优化和时间同步编写成微指令，然后存放到一个只读存储器(控存)中(3分)。每条机器指令对应一段微程序，当机器执行程序时依次读出每条指令所对应的微指令,执行每条微指令中规定的微操作,从而完成指令的功能,重复这一过程,直到该程序的所有指令完成(2分).

微程序控制器的设计采用了存储技术和程序设计技术，使复杂的控制逻辑得到简化，从而推动了微程序控制器的广泛应用.(1分)

四、判断正误，（对错误命题只判断不改正或改正不正确均不得分 每小题1分，共5分）

1、? 2、? 修改成:

浮点数的精确度由尾数的位数决定 或: 浮点数的范围由阶码的位数决定 3、? 修改成:

控存中存放解释指令执行的微程序 4、? 5、?

五、计算题（本题三道小题，共21分）

1. 要点：

1) 设阶码和尾数均采用双符号位表示,则

[X]补=00111 00.11101 [Y]补=00101 00.101 (1分) 2) 求出阶差:

??=[X]阶码 + [-Y]阶码= 00111 + 11011 =00010,阶差为 2 ,移动Y的尾数与X对齐 [Y]补=00111 00.00101 (1分) 3) 求出尾数和 00.11101 + 00.00101 = 01.00010 (2分) 4) 规格化并判断结果溢出

因为尾数运算的双符号位不同,因此,需要对结果进行左移规格化,并将阶码加1, 则[X+Y]补 =01000,00.10010 (2分)

由于阶码的双符号位不同,因此,该浮点运算结果发生溢出,且是正溢出(2分)

2、要点:

解; [X]补 = 11.10101 , [Y]补= 00.01011

[2X]补 = 11.01010 , [-Y]补= 11.10101 (2分) [2X]补 + [-Y]补 = 10.11111 (2分) 结果的双符号位不同,故运算结果溢出.。 （1分）

3、要点:

1) [X]补=0.1101, [Y]补=0.1011 , [-X]补=1.0011 (1分)

2)按照补码一位乘法的运算过程正确,且得到[XY]补=0.10001111 (6分) 3)求出真值 (1分)

六. 设计综合题（15分）

1) A：DR(数据缓冲寄存器，缓冲数据)

B：IR(指令寄存器，存放指令)

C：AR（地址寄存器，存放访问主存的地址） D：PC（程序计数器，用于表示指令地址)

得分要点：指出了各代表的寄存器名称和相应的作用每项各1分，共8分 2)指令的数据通路:

IR(B) ? AR (C) ? MM ? DR(A) ? ALU ? AC 7分

得分要点：

只要通路正确,其他表现形式也可给分,但如果只用了A 、B 、C、D等来表示，则不给分。

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