湖南科技大学计算机组成原理试卷&答案

湖南科技大学2008——2009《计算机组成原理》考试试题（A）

一、填空题（19 分）

1、 计算机体系结构是指那些能被 程序员 所见到的计算机系统的 属性 。 即概念性的 结构 与 功能 特性

2、存储器是计算机系统中的 记忆 设备，用来存放 程序 和 数据 。

3、控制器的基本功能是 取指 、 分析 和 执行 。

4、影响流水的三种相关是 结构 、 数据 和 控制 。

5、CU 的常见控制方式有 同步控制 、 异步控制 、 联合控制 以及 人工控制 等 4 种。

6、微指令格式通常分为 水平型 和 垂直型 两种。 二、简答题（21 分）

1、系统总线有哪几类？通信总线的传输方式有哪几种？（5 分）

答：三类，数据总线、地址总线、控制总线；两种传输方式，串行、并行。

2、组合逻辑设计有哪几个步骤？（3） 答：列出微操作命令的操作时间表，写出操作命令的最简逻辑表达式，画出微操作命令的逻辑图。

3、请写出输入输出系统发展的 4 个阶段。 （4） 答：早期阶段；接口模块和DMA阶段；具有通道结构的阶段；具有I/O处理机的阶段。 4、请对定点数和浮点数进行比较。 答：当位数相同时，浮点数范围大，定点数精度高 ；当浮点数为规格化时，其相对精度远比定点数高；浮点数运算步骤多，运算速度更低，运算电路更复杂；溢出判断时，定点数是对本身进行，浮点数是对阶码进行，溢出比率大大减小。 5、设计指令格式应考虑哪些具体因素？（5） 答：操作类型，指令数及操作的难易程度；

数据类型，确定哪些数据类型可以参与操作； 指令格式，字长及各部分位数，地址是否可变； 寻址方式，指令和数据的寻址方式； 寄存器个数，直接影响到指令执行时间。

三、名词解释（10 分） 1、总线 ：

2、DMA 技术： 3、硬件向量法： 4、CU 的控制方式： 5、流水加速比 ： 6、指令周期 ： 7、中断 ： 8、IR ：

9、寻址方式： 10、通道控制字：

四、选择题（10 分）

1. 下列数中最大的数是__A___。 A、（10011001）2 B、（227）8 C、（98）16 D、（152）10

2. 在主存和 CPU 之间增加 cache 存储器的目的是__C____。

A. 增加内存容量 B. 提高内存可靠性

C. 解决 CPU 和主存之间的速度匹配问题 D. 增加内存容量，同时加快存取速度

3. 在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为__B__。

A. 隐含寻址 B. 立即寻址 C. 寄存器寻址 D. 直接寻址

4. ___D___表示法主要用于表示浮点数中的阶码。

A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码

5. 运算器虽有许多部件组成，但核心部分是____B__。

A．数据总线 B．算术逻辑运算单元 C．多路开关 D．累加寄存器

6. 当采用__A____对设备进行编址情况下，不需要专门的 I/O 指令组。

A.统一编址法 B.单独编址法 C.两者都是 D.两者都不是

7. EPROM 是指___D___。

A. 读写存储器 B. 只读存储器

C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器

8. 以下四种类型指令中，执行时间最长的是__C____。

A. RR 型 B. RS 型 C. SS 型 D.程序控制指令

９. 某单片机的系统程序，不允许用户在执行时改变，则可以选用___B___作为存储芯片。

A. SRAM B. 闪速存储器 C. cache D .辅助存储器

10. CPU 主要包括__B____。

A.控制器 B.控制器、 运算器、cache

C.运算器和主存 D.控制器、ALU 和主存

五、分析计算题（40 分）

1、CPU 执行一段程序时，cache 完成存取的次数为 1900 次，主存完成存取的次数为 100 次，已知 cache 存取周期为 50ns，主存存取周期为 250ns，求 cache/主存系统的 命中率、效率和平均访问时间。（9 分）

2、已知 X = -0.01111，Y = +0.11001，求[X]补，[-X] 补，[Y] 补，[-Y] 补， X+Y=？，

X-Y=？（7 分）

3、设有一个具有 20 位地址和 32 位字长的存储器且按字编址， 问：（9分）

(1)该存储器能存储多少个字节的信息？ (2)如果存储器由 512k×8 位的 SRAM 芯片组成，需多少片？ (3)需多少位地址作芯片选择？

4、异步通信方式传送 ASCII 码，数据位 8 位，奇校验 1 位，停止位 1 位。计算当波特率 为 4800 时， 字符传送的速率是多少？每个数据位的时间长度是多少？数据位的传送速 率是多少？（6 分）

5、指令格式如下所示，OP 为操作码字段，试分析指令格式特点。（9 分） 15 OP 10 7 源寄存器 位移量（16 位） 4 3 基值寄存器

答案（A）

一、填空题（19分）

答：1、程序员； 属性； 结构； 功能。 2、记忆； 程序； 数据。 3、取指； 分析； 执行。 4、结构（或资源）； 数据； 控制（或转移） 。 5、同步控制； 异步控制； 联合控制； 人工控制。 6、水平型； 垂直型。

二、简答题（21 分）

1、答：三类：数据；地址；控制。 传输方式两种：串行；并行。 （3+2 分） 2、答：列出微操作命令的操作时间表； 写出微操作命令的最简单逻辑表达式； 画出微

操作 命令的逻辑图。 （3）

3、答：早期阶段；接口模块和 DMA 阶段；具有通道结构的阶段；具有 I/O 处理机阶段；

（4 分）

4、答：（每小题 1 分）

（1）当位数相同时，浮点数范围大、定点数精度高。 （2）当浮点数为规格化时，其相对精度远比定点数高。

（3）浮点数运算步骤更多、运算速度更低、运算电路更复杂。

（4）溢出判断时，定点数对本身进行，而浮点数对阶码进行判断，溢出比率大大减小。 5、答： （每小题 1 分）

（1）操作类型：包括指令数及操作的难易程度； （2）数据类型：确定哪些数据类型可以参与操作；

（3）指令格式：字长、各部分位数以及地址（码）是否可变； （4）寻址方式：指令和数据的寻址方式； （5）寄存器个数：直接影响指令执行时间。

三、名词解释（10 分，每小题 2 分）

1、总线：连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

2、DMA 技术：Direct Memory Access；I/O 设备和主存之间有一条直接交换数据的通路。 3、硬件向量法：利用硬件产生向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址。 4、CU 的控制方式：如何形成控制不同微操作序列所采用的时序控制方式。 5、流水加速比：指 m 段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。

四、选择题（10*1 分）

答： A C B D B A D C B B

五、分析计算题（40 分）

1、解：命中率：h=Nc/(Nc+Nm)=1900/(1900+100)=0.95（3 分） r=tm/tc=250ns/50ns=5 效率：e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95)=83.3%（3 分） （另一种答案：e=1/(r(1-h)+1)=1/(5*(1-0.95)+1)=1/1.25=80%） 平均访问时间：ta=tc/e=50ns/0.833=60ns（3 分） （另一种答案：ta=tc/e=50ns/0.8=62.5ns）

2、解：[X]补=1.10001 X+Y=+0.01010 X-Y =10.11000 [-X] 补=0.01111 [Y] 补=0.11001 溢出 [-Y] 补=1.00111 3、解：

（1）应为 32 位字长为 4B，220 = 1M = 1024K,存储器容量为 220×4B = 4MB，可存储 4M

字 节的信息（3 分） （2）SRAM 芯片容量为 512K×8 位 = 512KB = 0.5MB 所需芯片数目为：4MB ÷ 0.5MB = 8

片（3 分）

（3）因为 219 = 512K，即芯片片内地址线 19 位，存储器容量为 1M,地址线为 20 位，故

需 1 位地址线作芯片片选选择（CS） ，用 A19 选第 1 个模块，用 A19 选第 2 个模块。（3分 ）

4、解：

（1）每字符格式含十个位，因此字符传送速率=4800 波特/10=480 字符/秒（2 分） （2）每个数据位时间长度 T=1/4800=0.208ms（2 分） （3）数据位传送速率 8×480=3840 位/秒（2 分） 5、解：

（1）双字长二地址指令，用于访问存储器。（3分） （2）操作码字段 OP 为 6 位，可以指定 64 种操作。（3分）

（3）一个操作数在源寄存器（共 16 个） ，另一个操作数在存储器中（由基值寄存器 和

位移量决定） ，所以是 RS 型指令

湖南科技大学2008——2009《计算机组成原理》考试试题（B）

一、填空题（20 分）

1、计算机组成是指如何实现 所体现的属性，它包含了许多对 来说是透明的 。

2、通常，在接口中都设有 和 。接口起到 作用，还能完成 。

3、总之，CPU 必须具有控制程序的顺序执行（称 ） 、产生完成每条指令所需的控 、对各种操作加以时间上的控制（称 ） 、对数据进行

算术 制命令（称 ） 运算和逻辑运算（ ）以及 等功能。 、

4、存储器一般包含 、 、 、 以及 等 5 个层次。 5、微指令格式包括微指令的 、 的地址形成方式和 三方面。 二、简答题（20 分）

1、总线的主要特性有哪些？（4 分）

2、请说出控制单元的外特性一般包含哪几种输入信号？（4 分） 3、输入输出系统软件 的主要任务有哪些？（3 分）

4、请写出 I/O 设备与主机信息传送的 5 种控制方式。 （5分） 5、指令有哪些部分组成？各有什么作用？（4） 三、名词解释（10 分） 1、机器字长 2、总线带宽

3、串行访问存储器 4、超标量技术 5、屏蔽字 6、中断嵌套 7、INTR

8、流水吞吐率 9、ALU 10、机器零

四、选择题（10 分）

1. 信息只用一条传输线，且采用脉冲传送的方式称为______。

A.串行传送 B.并行传送 C.并串型传送 D.分时传送

2. 下列有关运算器的描述中，______是正确的。

A.只做算术运算，不做逻辑运算 B. 只做加法

C.能暂时存放运算结果 D. 既做算

术运算，又做逻辑运算

3. 为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的方式是采用______。

A. 通用寄存器 B. 堆栈 C. 存储器 D. 外存

4. 周期挪用方式多用于______方式的输入输出中。

A. DMA B. 中断 C. 程序传送 D. 通道

5. 程序控制类指令的功能______。

A. 进行算术运算和逻辑运算 B. 进行主存和 CPU 之间的数据传送

C. 改变程序执行的顺序 D.进行 CPU 和 I/O 设备之间的数据传送

6. 根据 GB2312 标准规定，每个汉字在计算机内占用______存储。

A．一个字节 B．二个字节 C．三个字节 D．四个字节 7. 存储单元是指______。

A．存放一个机器字的所有存储元 B．存放一个二进制信息位的存储元

C．存放一个字节的所有存储元的集合 D．存放两个字节的所有存储元的集合

8. 在 CPU 中跟踪指令后继地址的寄存器是______。

A.主存地址寄存器 B.程序计数器 C.指令寄存器 D.状态条件寄存器

9. 机器数______中,零的表示形式是唯一的。

A. 原码 B. 补码 C. ASCII 码 D. 反码

10. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在______。

A.通用寄存器 B.程序计数器 C.堆栈 D.主存单元

五、分析计算题（40 分） 1、设 x = 0.1101× 2 ，y = 0.1011× 2 ，求 x +y（除阶符、数符外，阶码取 3 位， 尾数取 6 位）（8 分） 。

2、设流水线分取指（IF） ，译码（ID） ，执行（EX） ，回写（WR）四过程，共有 10 条指令 进入流水。 （12 分） （1）画出指令流水周期 ；

（2）设时钟周期为 100ns，求流水线实际吞吐率； （3）求该流水线处理器的加速比 ； （4）求此时效率 。 3、8k*8 位动态芯片，内部为 256*256 形式，存取周期为 0.1μs。试问采用集中刷新、分 散刷新及异步刷新的各自刷新间隔是多少？（6 分）

4、设 4 个模块组成的四体存储器，每个体的存储字长 32 位，存取周期 100ns。设数据总 线宽度 32 位，总线传输周期 25ns，试求读 4 字的顺序和交叉存储的带宽。（4分）

5、若机器字长 36 位，采用三地址格式访存指令，共完成 54 种操作，操作数可在 1K 地址 范围内寻找，画出该机器的指令格式。（4分）

6 、 设 CPU 内 部 采 用 非 总 线 结 构 ， 如 图 所 示 ， 写 出 取 指 周 期 微 操 作 。（ 6 分 ）

答案（B）

一、填空题（20分）

答：

1、计算机体系结构；程序员； 硬件细节。 2、数据通路；控制通路；缓冲；串-并转换。

3、指令控制； 操作控制； 时间控制； 数据加工； 处理中断。 4、寄存器； 缓存； 主存； 磁盘； 磁带。

5、编码方式； 后续微指令地址形成方式； 微指令字长。

二、简答题（20 分）

1、答：机械特性：机械连接的性能；电气特性；信号传递方向和电平有效范围；

功能特性：每根传输线的功能；时间特性：每根传输线有效的时机。

2、答：时钟：控制先后顺序，统一节奏；指令寄存器：操作码译码产生的信号；

标志：标志寄存器的有关标志影响指令的执行顺序；来自系统总线（控制总线）的

控制信 号。

3、答：将用户编制好的程序（或数据）输入主机内；将运算结果输送给用户；实现输入输

出系统与主机工作的协调等。

4、程序查询方式 ； 程序中断方式； 直接存储器存取方式； I/O 通道方式； I/O 处理机方式。

5、答：由操作码和地址码组成；操作码用来指明该指令所要完成的操作；地址码用来指出

该指令源操作数地址、结果地址以及下一条指令的地址。

三、名词解释（10 分）

1、机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与寄存器位数有关。 2、总线带宽：单位时间内总线上传输数据的位数，一般用 MBps 表示。 3、串行访问存储器：读写时需按物理位置的先后顺序寻找地址的存储器。 4、超标量技术：每个时钟周期内可同时并发发出多条独立指令，编译并执行。 5、屏蔽字：每个中断请求有屏蔽触发器，它们组成的屏蔽寄存器即屏蔽字。 6、中断嵌套：正在执行的中断服务程序被中断。 7、INTR：中断请求标记触发器。

8、流水吞吐率：单位时间内流水线所完成指令或输出结果的数量。 9、ALU：既能完成算术运算又能完成逻辑运算的部件。

10、机器零：浮点数下溢时，数值趋于零，不作溢出处理将它作为机器零。

四、选择题（10*1 分）

答： A A B A C B C B B D

五、分析计算题（40 分）

1、解：[x]补 = 00, 010; 00. 110100，[y]补 = 00, 001; 00. 101100（2 分）

（1）对阶:[Δj]补 = [jx]补-[jy]补=1,所以[y]补' = 00, 010; 00. 010110（1+1 分） （2）尾数求和：00.110100+00.010110= 01.001010，溢出（1+1 分） （3）右规：尾数=00.100101，[x +y]补 = 00, 011; 00. 100101（2 分）

2、解： （1）指令流水周期分四部分：入→IF→ID→EX→WR→出（3 分）

（2）13 周期执行完 10 条指令，吞吐率为：Tp=10/(100ns*13) ≈ 7.7MIPS（3 分） （3）非流水需 40 周期，所以加速比=40/13≈3.08 （3 分） （4）效率 E=Sp/m=3.08/4=0.77 （3 分）

3、解： （1）集中刷新：间隔 2ms。其中 19744 周期读写，256 周期刷新。（2分） （2）分散刷新：周期为 0.2μs，全部刷新 51.2μs，所以最小间隔 51.2μs，最大仍可 为 2ms。（3） 异步刷新：间隔 2ms。行间间隔 7.8μs。（2分）

4、解：4 个字共 128 位。 顺序存储读出 4 字时间=100ns*4=400ns （1 分） 所以顺序存储器带宽=128/400ns=320Mbps（1 分） 交叉存储读出 4 字时间=100ns+(4-1)*25ns=175ns（1 分） 所以交叉存储器带宽=128/175ns=731Mbps（1 分） 5、取指周期微操作依次为：PC→MAR；1 →R；M(MAR) →MDR；MDR →IR；OP(IR) →CU； (PC)+1 →PC（每一个微操作 1 分）

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