计算机组成原理试题与答案_(1).pdf
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1、.word 格式,计算机组成原理试题及答案计算机组成原理试题及答案一、填空(12 分)1. 某浮点数基值为 2,阶符 1 位,阶码 3 位,数符 1 位,尾数 7 位,阶码和尾数均用补码表示,尾数采用规格化形式,用十进制数写出它所能表示的最大正数,非 0 最小正数,最大负数,最小负数。2. 变址寻址和 基址寻址的 区别是:在基址寻址 中,基址 寄存器 提供, 指令提供; 而在变址寻址中,变址寄存器提供,指令提供。3. 影响流水线性能的因素主要反映在和两个方面。4. 设机器数字长为 16 位(含 1 位符号位)。若 1 次移位需 10ns,一次加法需 10ns,则补码除法需时间,补码 BOOTH
2、 算法最多需要时间。5. CPU从 主 存 取 出 一 条 指 令 并 执 行 该 指 令 的 时 间叫,它通常包含若干个,而后者又包含若干个。组成多级时序系统。二、名词解释(8 分)1. 微程序控制2. 存储器带宽3. RISC,专业.专注.word 格式,4.中断隐指令及功能三、简答(18 分)1. 完整的总线传输周期包括哪几个阶段?简要叙述每个阶段的工作。,专业.专注.word 格式,2. 设主存容量为1MB,Cache容量为16KB,每字块有16个字,每字32位。(1)若 Cache 采用直接相联映像,求出主存地址字段中各段的位数。(2)若 Cache 采用四路组相联映像,求出主存地址
3、字段中各段的位数。3. 某机有五个中断源,按中断响应的优先顺序由高到低为 L0,L1,L2,L3,L4,现要求优先顺序改为 L3,L2,L4,L0,L1,写出各中断源的屏蔽字。屏蔽字中断源01234,专业.专注.word 格式,L0L1L2L3L44. 某机主存容量为 4M16 位,且存储字长等于指令字长,若该机的指令系统具备 120 种操作。操作码位数固定,且具有直接、间接、立即、相对四种寻址方式。(1)画出一地址指令格式并指出各字段的作用;(2)该指令直接寻址的最大范围;(3)一次间址的寻址范围;(4)相对寻址的寻址范围。,专业.专注.word 格式,四、(6 分)设阶码取 3 位,尾数取
4、 6 位(均不包括符号位),按浮点补码运算规则计算五、画出DMA方式接口电路的基本组成框图,并说明其工作过程(以输入设备为例)。(8 分)25119 + 24()1616,专业.专注.word 格式,六、(10 分)设 CPU 共有 16 根地址线,8 根数据线,并用MREQ作访存控制信号,用R/W作读写控制信号,现有下列存储芯片:RAM:1K8 位、2K4 位、4K8 位ROM:2K8 位、4K8 位以及 74138 译码器和各种门电路(自定),画出 CPU 与存储器连接图。要求:(1)最大 4K 地址空间为系统程序区,与其相邻 2K 地址空间为用户程序区。(2)合理选用上述存储芯片 ,说明
5、各选几片 ?写出每片存储芯片的地址范围。(3)详细画出存储芯片的片选逻辑。,专业.专注.word 格式,AiA0CSOEWEAiA0CSPD/ProgrROMRAMDnD0DnD0G1G2AG2BCBAY7Y6OE允许输出WE允许写Y074138七、假设 CPU 在中断周期用堆栈保存程序断点,且进栈时栈指针减一,出栈时栈指针加一。试写出中断返回指令(中断服务程序的最后一条指令 ),在,专业.专注.word 格式,取指阶段和执行阶段所需的全部微操作命令及节拍安排。若采用微程序控制,则还需要增加哪些微操作。(10 分)八、除了采用高速芯片外,从计算机的各个子系统的角度分析,指出 6 种以上提高整机
6、速度的措施。(8 分),专业.专注.word 格式,计算机组成原理试题答案计算机组成原理试题答案一、填空(12 分)1127;1/512;-1/512-1/32768;-128。2基地址;形式地址;基地址;形式地址。3访存冲突;相关问题。4300ns;310ns。5指令周期;机器周期;节拍。二、名词解释(8 分)1微程序控制,专业.专注.word 格式,答:采用与存储程序类似的方法来解决微操作命令序列的形成,将一条机器指令编写成一个微程序,每一个微程序包含若干条微指令 ,每一条指令包含一个或多个微操作命令。2存储器带宽答:每秒从存储器进出信息的最大数量,单位可以用字/秒或字节/秒或位/秒来表示
7、。3RISC答:RISC 是精简指令系统计算机,通过有限的指令条数简化处理器设计,已达到提高系统执行速度的目的。4中断隐指令及功能答:中断隐指令是在机器指令系统中没有的指令,它是 CPU 在中断周期内由硬件自动完成的一条指令,其功能包括保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址、关中断等功能。三、简答(18 分)1答:总线在完成一次传输周期时,可分为四个阶段:申请分配阶段:由需要使用总线的主模块(或主设备)提出申请,经总线仲裁机构决定下一传输周期的总线使用权授于某一申请者;寻址阶段:取得了使用权的主模块,通过总线发出本次打算访问的从模块(或从,专业.专注.word 格式,设备)的存储地址或设备地
8、址及有关命令,启动参与本次传输的从模块;传数阶段:主模块和从模块进行数据交换,数据由源模块发出经数据总线流入目的模块;结束阶段:主模块的有关信息均从系统总线上撤除,让出总线使用权。2答:(1)若 Cache 采用直接相联映像:字块中含 64 个字节,字块的位数为 b=6。Cache 中含有 256 个字块,所以字块地址位数 c=8。主存容量为 1M 字节,总位数为 20。主存字块标记位数 t=6。(2)若 Cache 采用四路组相联映像,字块中含 64 个字节,字块的位数为 b=6。每组含有四个字块,每组含 256 个字节。Cache 中含有 64 个字块,所以组地址位数 q=6。主存容量为
9、1M 字节,总位数为 20。主存字块标记位数 t=8。3答:设屏蔽位为“1”时表示对应的中断源被屏蔽,屏蔽字排列如下:,专业.专注.word 格式,屏蔽字中断源01234L0L1L2L3L44答:(1)指令字长 16 位,操作码为 7 位,寻址特征位 2 位,地址码 7 位;(2)-6463;(3)216;(4)2160100000000110011110111000四、(6 分)答:被加数为加数为(1)对阶:0,101;0.100100,x补= 00,101; 00.1001000,100;1.010100,y补= 00,100; 11.010100,专业.专注.word 格式,j补= jx
10、补- jy补= 00,101+ 11,100= 00,001即j= 1,则 y 的尾数向右移一位,阶码相应加 1,即y补= 00,101; 11.101010 求和Sx+Sy=Sx+Sy补补补补= 00.100100+ 11.101010= 00.001110即x+y补= 00,101; 00.001110尾数出现“00.0”,需左规。 规格化左规后得x+y补= 00,011; 00.111000 x+y补= 00,111; 00.111000五、(8 分)答:DMA 方式接口电路的基本组成框图如下:,专业.专注.word 格式,以数据输入为例,具体操作如下: 从设备读入一个字到DMA 的数据
11、缓冲寄存器BR 中,表示数据缓冲寄存器 “满”(如果 I/O 设备是面向字符的,则一次读入一个字节,组装成一个字); 设备向 DMA 接口发请求(DREQ); DMA 接口向 CPU 申请总线控制权(HRQ); CPU 发回 HLDA 信号,表示允许将总线控制权交给DMA 接口; 将 DMA 主存地址寄存器中的主存地址送地址总线; 通知设备已被授予一个 DMA 周期(DACK),并为交换下一个字做准备; 将 DMA 数据缓冲寄存器的内容送数据总线; 命令存储器作写操作; 修改主存地址和字计数值;,专业.专注.word 格式, 判断数据块是否传送结束,若未结束 ,则继续传送 ;若己结束 ,(字计
12、数器溢出),则向 CPU 申请程序中断,标志数据块传送结束。六、(10 分)方法一:答:地址空间描述如下:ROM 对应的空间:11111111111100001111000011110000RAM 对应的空间:11101110111110001111000011110000选择 ROM 芯片为 2K8 位的两片,RAM 芯片为 2K4 位的两片ROM 芯片 1:11111111111110001111000011110000ROM 芯片 2:11111111011100001111000011110000,专业.专注.word 格式,RAM 芯片 1、2:(位扩展)11101110111110
13、001111000011110000CPU 与存储器连接图见下页:A15A15& &A14A14A13A13A12A12A11A11C CP PU UA10-A0A10-A0CSCSROM1ROM1D7-D0D7-D0D7-D0D7-D0RDRDROM2ROM2D7-D0D7-D0RDRDCSCSOEOERAM1RAM1D7-D4D7-D4CSCSOEOEWEWERAM2RAM2D3-D0D3-D0WEWEG1G2AG2BCBAY7Y6Y0方法二:答:地址空间描述如下:ROM 对应的空间:11111111111100001111000011110000RAM 对应的空间:11101110111
14、110001111000011110000,专业.专注.word 格式,选择 ROM 芯片为 4K8 位的一片,RAM 芯片为 2K4 位的两片R/WR/WMREQMREQA15A15A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10& &C CP PU UG1G1G2AG2AG2BG2BC CB BA AY7Y7Y6Y6Y5Y5Y4Y4Y3Y3Y2Y2Y1Y1Y0Y0& &A0A0A11A11ROMROMA0A0D0D0A10A10RAMRAMA0A0A10A10RAMRAMA0A0D0D0D7D7D4D4D3D3D0D0D7D7D7D7D4D4D3D3,专业.专注.word 格式
15、,七、(10 分)答:组合逻辑设计的微操作命令:取指:T0:PC MART1:MMAR MDR, PC+1 PCT2:MDR IR, OPIR 微操作形成部件执行:T0:SP MART1:MMAR MDRT2:MDR PC, SP+1 SP微程序设计的微操作命令:取指微程序:T0:PC MART1:AdCMIR CMART2:MMAR MDR, PC+1 PCT3:AdCMIR CMAR,专业.专注.word 格式,T4:MDR IR, OPIR 微操作形成部件T5:OPIR CMAR中断返回微程序:T0:SP MART1:AdCMIR CMART2:MMAR MDRT3:AdCMIR CMA
16、RT4:MDR PC, SP+1 SPT5:AdCMIR CMAR,专业.专注.word 格式,八、(8 分)答:针对存储器,可以采用 Cache-主存层次的设计和管理提高整机的速度;针对存储器,可以采用主存-辅存层次的设计和管理提高整机的速度;针对控制器,可以通过指令流水或超标量设计技术提高整机的速度;针对控制器,可以通过超标量设计技术提高整机的速度;针对运算器,可以对运算方法加以改进,如进位链、两位乘除法;针对 I/O 系统,可以运用 DMA 技术来减少 CPU 对外设访问的干预。1设x补=x0.x 1x2xn。求证:x补=2 x 0+ x,其中0 (1 X 0)x 0=1 (0 X -1
17、)2某机字长 32 位,定位表示,尾数 31 位,数符 1 位,问:(1) 定点原码整数表示时,最大正数是多少?最小负数是多少?(2)定点原码小数表示时,最大正数是多少?最小负数是多少?3如图B17.1表示用快表(页表)的虚实地址转换条件,快表放在相联存贮器中,其容量为 8 个存贮单元,问:,专业.专注.word 格式,(1)CPU 按虚地址 1 去访问主存时主存的实地址码是多少?(2)当 CPU 按虚地址 2 去访问主存时主存的实地址码是多少?(3)当 CPU 按虚地址 3 去访问主存时主存的实地址码是多少?4某机有8条微指令I1-I8,每条微指令所包含的微指令控制信号如表所示,a-j分别对
18、应10种不同性质的微命令信号,假设一条微指令的控制字段为8位,请安排微指令的控制字段格式。5CD-ROM光盘的外缘有5mm宽的范围因记录数据困难,一般不使用,故标准的播放时间为 60 分钟。计算模式 1 和模式 2 情况下光盘存储容量是多少?,专业.专注.word 格式,6如图所示的系统中断机构是采用多级优先中断结构,设备 A 连接于最高优先级,设备 B 次之,设备 C 又次之。要求 CPU 在执行完当前指令时转而对中断请求进行服务,现假设:TDC为查询链中每个设备的延迟时间,TA、TB、TC分别为设备 A、B、C 的服务程序所需的执行时间,TS、TR为保存现场和恢复现场所需时间。试问:在此环
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