计算机组成原理历年真题.docx
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计算机组成原理历年真题
2009年计算机统考——计算机组成原理部分
11．冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，区分它们的依据是。
A．指令操作码的译码结果B．指令和数据的寻址方式
C．指令周期的不同阶段D．指令和数据所在的存储单元
12．一个C语言程序在一台32位机器上运行。
程序中定义了三个变量x、y和z，其中x和z为型，y为型。
当127，9时，执行赋值语句后，x、y和z的值分别是。
A．，9H，00000076H
B．，9H，0076H
C．，7H，0076H
D．，7H，00000076H
13．浮点数加、减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。
设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为5位和7位（均含2位符号位）。
若有两个数27×29/32，25×5/8，则用浮点加法计算的最终结果是。
A．001111100010B．001110100010
C．010000010001D．发生溢出
14．某计算机的共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。
每个主存块大小为32B，按字节编址。
主存129号单元所在主存块应装入到的组号是。
A．0B．1C．4D．6
15．某计算机主存容量为64，其中区为4，其余为区，按字节编址。
现要用2K×8位的芯片和4K×4位的芯片来设计该存储器，则需要上述规格的芯片数和芯片数分别是。
A．1、15B．2、15C．1、30D．2、30
16．某机器字长为16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。
假定取指令时，每取一个字节自动加1。
若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功转移后的目标地址是。
A．2006HB．2007HC．2008HD．2009H
17．下列关于的叙述中，错误的是。
A．普遍采用微程序控制器
B．大多数指令在一个时钟周期内完成
C．的内部通用寄存器数量相对多
D．的指令数、寻址方式和指令格式种类相对少
18．某计算机的指令流水线由四个功能段组成，指令流经各功能段的时间（忽略各功能段之间的缓存时间）分别为90、80、70、和60，则该计算机的时钟周期至少是。
A．90B．80C．70D．60
19．相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是。
A．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展容易
B．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展难
C．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易
D．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展难
20．假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4B信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10，则总线带宽是。
A．10B．20C．40D．80
21．假设某计算机的存储系统由和主存组成，某程序执行过程中访存1000次，其中访问缺失（未命中）50次，则的命中率是。
A．5%B．9.5%C．50%D．95%
22．下列选项中，能引起外部中断的事件是。
A．键盘输入B．除数为0
C．浮点运算下溢D．访存缺页
43．（8分）某计算机的主频为500，为5（即执行每条指令平均需5个时钟周期）。
假定某外设的数据传输率为0.5，采用中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间。
请回答下列问题，要求给出计算过程。
（1）在中断方式下，用于该外设的时间占整个时间的百分比是多少？
（2）当该外设的数据传输率达到5时，改用方式传送数据。
假定每次传送块大小为5000B，且预处理和后处理的总开销为500个时钟周期，则用于该外设的时间占整个时间的百分比是多少？
（假设与之间没有访存冲突）
44.某计算机字长16位，采用16位定长指令字结构，部分数据通路结构如图17所示。
图17中所有控制信号为1时表示有效、为0时表示无效，例如控制信号为1表示允许数据从打入，为1表示允许数据从总线打入。
假设的输出一直处于使能状态。
加法指令“（R1）,R0”的功能为（R0）+（（R1））->（R1），即将R0中的数据与R1的内容所指主存单元的数据相加，并将结果送入R1的内容所指主存单元中保存。
表1给出了上述指令取指和译码阶段每个节拍（时钟周期）的功能和有效控制信号，请按表1描述方式用表格列出指令执行阶段每个节拍的功能和有效控制信号。
表1
时钟
功能
有效控制信号
C1
<-（）
C2
<（）<-（）+1
,1
C3
<-（）
C4
指令译码
无
11．C。
考查指令的执行过程。
通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段。
在取指阶段通过访问存储器可将指令取出；在执行阶段通过访问存储器可以将操作数取出。
这样，虽然指令和数据都是以二进制代码形式存放在存储器中，但可以判断在取指阶段访问存储器取出的二进制代码是指令；在执行阶段访存取出的二进制代码是数据。
12．D。
考查符号位的扩展。
结合题干及选项可知，为32位，为16位；又C语言的数据在内存中为补码形式，故x、y的机器数写为0000007、7H。
执行时，由于x是型，y为型，故需将y的类型强制转换为，在机器中通过符号位扩展实现，由于y的符号位为1，故在y的前面添加16个1，即可将y强制转换为型，其十六进制形式为7H。
然后执行加法，即00076H，其中最高位的进位1自然丢弃。
故选D。
13．D。
考查浮点加法运算。
根据题意，X可记为00,111；00,11101（分号前为阶码，分号后为尾数），Y可记为00,101；00,10100。
首先对阶，X、Y阶码相减，即00,111-00,101=00,111+11,0111=00,010，可知X的阶码比Y的价码大2，根据小阶向大阶看齐的原则，将Y的阶码加2，尾数右移2位，可得Y为00,111；00,00101。
尾数相加，即00,11101+00,00101=01,00010，尾数相加结果符号位为01，故需进行右规。
规格化，将尾数右移1位，阶码加1，得为01,000；00,1000，阶码符号位为01，说明发生溢出。
14．C。
考查与主存的映射方式。
由于共有16块，采用2路组相联，因此共有8组，0，1，2，?
，7。
主存的某一字块按模8映射到某组的任一字块中，即主存的第0，8，16?
字块可以映射到第0组2个字块的任一字块中，而129号单元是位于第4块主存块中，因此将映射到第4组2个字块的任一字块中。
注意：
由于在计算机系统结构中和计算机组成原理的某些教材中介绍的组相联跟此处的组相联并不相同，导致部分考生理解错题目。
考生应以真题为准，以后再出现类似题目，应以此种解答为标准。
15．D。
考查存储器的扩展。
首先确定的个数，区为4，选用2K×8位的芯片，需要
采用字扩展方式；60的区，选用4K×4位的芯片，需要4K?
8?
2片，2K?
860K?
8?
30片，采用4K?
4
字和位同时扩展方式。
16．C。
考查相对寻址。
相对寻址（），首先要求的是取指令后的值。
转移指令由两个字节组成，每
取一个字节自动加1，因此取指令后值为2002H，故（）2002062008H。
17．A。
考查的特性。
相对于计算机，计算机的特点是指令条数少；指令长度固定，指令格式和寻址种类少；只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作均在寄存器之间进行；中通用寄存器多；大部分指令在一个或者小于一个机器周期内完成；以硬布线逻辑为主，不用或者少用微程序控制。
18．A。
考查流水线中时钟周期的特性。
时钟周期应以最长的执行时间为准，否则用时长的流水段的功能将不能正确完成。
19．D。
考查硬布线控制器的特点。
硬布线控制器的速度取决于电路延迟，所以速度快；微程序控制器采用了存储程序原理，每条指令都要访控存，所以速度慢。
硬布线控制器采用专门的逻辑电路实现，修改和扩展困难。
20．B。
考查总线的基本概念。
总线带宽是指单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒（）表示。
根据题意可知，在2×（1/10）秒内传输了4B，所以4B×102=20。
21．D。
考查的命中率。
命中率命中的次数/所有访问次数，有了这个公式这道题就很容易看出，要注意的一点是看清题，题中说明的是缺失50次，而不是命中50次，仔细审题是做对题的第一步。
22．A。
考查中断的分类。
43.
（1）按题意，外设每秒传送0.5，中断时每次传送4B。
中断方式下，每次用于数据传送的时钟周期为5×18+5×2=100。
为达到外设0.5的数据传输率，外设每秒申请的中断次数为0.54125000。
1s内用于中断的开销为100×125000=12500000=12.5M个时钟周期。
用于外设的时间占整个时间的百分比为12.55002.5%。
（2）当外设数据传输率提高到5时，改用方式传送，每次传送5000B，1s内需产生的次数为550001000。
用于处理的总开销为1000×500=500000=0.5M个时钟周期。
用于外设的时间占整个时间的百分比为0.55000.1%。
44．解答：
2010年计算机统考——计算机组成原理部分
12．下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是
Ⅰ．提高时钟频率Ⅱ．优化数据通路结构
Ⅲ．对程序进行编译优化
A．仅Ⅰ和ⅡB．仅Ⅰ和ⅢC．仅Ⅱ和ⅢD．Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ
13．假定有4个整数用8位补码分别表示r1，r22H，r3=90H，r48H，若将运算结果存放在一个8位寄存器中，则下列运算中会发生溢出的是。
A．r1×r2B．r2×r3
C．r1×r4D．r2×r4
14．假定变量i、f和d的数据类型分别为、和（用补码表示，和分别用754单精度和双精度浮点数格式表示），已知785，1.5678e3，1.5e100。
若在32位机器中执行下列关系表达式，则结果为“真”的是
Ⅰ．（）（）iⅡ．（）（）f
Ⅲ．（）（）fⅣ．（）
A．仅Ⅰ和ⅡB．仅Ⅰ和ⅢC．仅Ⅱ和ⅢD．仅Ⅲ和Ⅳ
15．假定用若干个2K×4位的芯片组成一个8K×8位的存储器，则地址0B1所在芯片的最小地址是。
A．0000HB．0600HC．0700HD．0800H
16．下列有关和的叙述中，正确的是
Ⅰ．是易失性存储器，是非易失性存储器
Ⅱ．和都采用随机存取方式进行信息访问
Ⅲ．和都可用作
Ⅳ．和都需要进行刷新
A．仅Ⅰ和ⅡB．仅Ⅱ和Ⅲ
C．仅Ⅰ、Ⅱ和ⅣD．仅Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ
17．下列命中组合情况中，一次访存过程中不可能发生的是。
．A．未命中，未命中，未命中
B．未命中，命中，命中
C．命中，未命中，命中
D．命中，命中，未命中
18．下列寄存器中，汇编语言程序员可见的是
A．存储器地址寄存器（）B．程序计数器（）
C．存储器数据寄存器（）D．指令寄存器（）
19．下列选项中，不会引起指令流水线阻塞的是。
．A．数据旁路（转发）B．数据相关
C．条件转移D．资源冲突
20．下列选项中的英文缩写均为总线标准的是
A．、、、
B．、、、
C．、、、
D．、、、
21．单级中断系统中，中断服务程序内的执行顺序是。
Ⅰ．保护现场Ⅱ．开中断Ⅲ．关中断Ⅳ．保存断点Ⅴ．中断事件处理Ⅵ．恢复现场Ⅶ．中断返回A．Ⅰ->Ⅴ->Ⅵ->Ⅱ->ⅦB．Ⅲ->Ⅰ->Ⅴ->ⅦC．Ⅲ->Ⅳ->Ⅴ->Ⅵ->ⅦD．Ⅳ->Ⅰ->Ⅴ->Ⅵ->Ⅶ22．假定一台计算机的显示存储器用芯片实现，若要求显示分辨率为1600×1200，颜色深度为24位，帧频为85，显存总带宽的50%用来刷新屏幕，则需要的显存总带宽至少约为。
A．245B．979C．1958D．7834
二、综合应用题
43．（11分）某计算机字长为16位，主存地址空间大小为128，按字编址。
采用单字长指令格式，指令各字段定义如图4所示。
转移指令采用相对寻址方式，相对偏移量用补码表示，寻址方式定义见表1。
（1）该指令系统最多可有多少条指令？
该计算机最多有多少个通用寄存器？
存储器地址寄存器（）和存储器数据寄存器（）至少各需要多少位？
（2）转移指令的目标地址范围是多少？
（3）若操作码0010B表示加法操作（助记符为），寄存器R4和R5的编号分别为100B和101B，R4的内容为1234H，R5的内容为5678H，地址1234H中的内容为5678H，地址5678H中的内容为1234H，则汇编语言为“（R4）,（R5）+”（逗号前为源操作数，逗号后为目的操作数）对应的机器码是什么（用十六进制表示）？
该指令执行后，哪些寄存器和存储单元中的内容会改变？
改变后的内容是什么？
44．（12分）某计算机的主存地址空间大小为256，按字节编址。
指令和数据分离，均有8个行，每个行大小为64B，数据采用直接映射方式。
现有两个功能相同的程序A和B，其伪代码如下：
假定类型数据用32位补码表示，程序编译时i、j、均分配在寄存器中，数组a按行优先方式存放，其首地址为320（十进制数）。
请回答下列问题，要求说明理由或给出计算过程。
（1）若不考虑用于一致性维护和替换算法的控制位，则数据的总容量为多少？
（2）数组元素a[0][31]和a[1][1]各自所在的主存块对应的行号分别是多少（行号从0开始）？
（3）程序A和B的数据访问命中率各是多少？
哪个程序的执行时间更短？
2010年计算机统考——计算机组成原理部分解析
12．D。
考查计算机的性能指标。
Ⅰ．的时钟频率，也就是主频率，一般说来，一个时钟周期内完成的指令数是固定的，所以主频越高，的速度也就越快，程序的执行时间就越短。
Ⅱ．数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路，数据通路的功能是实现内部的运算器和寄存器以及寄存器之间的数据交换。
优化数据通路结构，可以有效提高计算机系统的吞吐量，从而加快程序的执行。
Ⅲ．计算机程序需要先转化成机器指令序列才能最终得到执行，通过对程序进行编译优化可以得到更优的指令序列，从而使得程序的执行时间也越短。
13．B。
考查定点数的运算。
用补码表示时8位寄存器所能表示的整数范围为-128～+127。
由于r12，r214，r3112，r48，则r2×r3=1568，结果溢出。
14．B。
考查不同精度的数在计算机中的表示方法及其相互转换。
由于（）1，小数点后面4位丢失，故Ⅱ错。
Ⅳ的计算过程是先将f转化为双精度浮点数据格式，然后进行加法运算，故（）得到的结果为双精度浮点数据格式，而f为单精度浮点数据格式，故Ⅳ错。
15．D。
考查存储器的组成和设计。
用2K×4位的芯片组成一个8K×8位存储器，每行中所需芯片数为2，每列中所需芯片数为4，各行芯片的地址分配如下。
第一行（2个芯片并联）：
0000H～07。
第二行（2个芯片并联）：
0800H～0。
第三行（2个芯片并联）：
1000H～17。
第四行（2个芯片并联）：
1800H～1。
于是地址0B1所在芯片的最小地址即为0800H。
16．A。
考查半导体随机存取存储器。
一般采用高速的制作，比速度快很多，因此Ⅲ是错误的，排除法即可选A。
需要刷新，而不需要刷新。
17．D。
考查、及之间的关系。
即为快表，快表只是慢表（）的小小副本，因此命中，必然也命中，而当命中，则未必命中，故D不可能发生；而的命中与否与、的命中与否并无必然联系。
18．B。
考查内部寄存器的特性。
汇编程序员可以通过指定待执行指令的地址来设置的值，而、、是的内部工作寄存器，对程序员不可见。
19．A。
考查指令流水线的基本概念。
有三种相关可能引起指令流水线阻塞：
①结构相关，又称资源相关；②数据相关；③控制相关，主要由转移指令引起。
数据旁路技术，其主要思想是不必待某条指令的执行结果送回到寄存器，再从寄存器中取出该结果，作为下一条指令的源操作数，而是直接将执行结果送到其他指令所需要的地方，这样可以使流水线不发生停顿。
20．D。
考查典型的总线标准。
目前典型的总线标准有：
、、、、、、、232C等。
21．A。
考查中断处理过程。
单级中断系统中，不允许中断嵌套。
中断的处理过程为：
①关中断；②保存断点；③识别中断源；④保存现场；⑤中断事件处理（开中断、执行中断服务程序、关中断）；⑥恢复现场；⑦开中断；⑧中断返回。
其中，①～③由硬件完成，④～⑧由中断服务程序完成。
22．D。
考查显示器的相关概念。
刷新所需带宽=分辨率×色深×帧频=1600×1200×24×853916.8，显存总带宽的50%用来刷屏，于是需要的显存总带宽为3916.80.5=7833.6≈7834。
43.
（1）操作码占4位，则该指令系统最多可有24=16条指令；操作数占6位，寻址方式占3位，于是寄存器编号占3位，则该机最多有23=8个通用寄存器；主存容量为128，按字编址，计算机字长为16位，划分为1282216个存储单元，故和至少各需16位。
（2）和可表示的地址范围均为0～216-1，而主存地址空间为216，故转移指令的目标地址范围为0000H～（0～216-1）。
（3）汇编语句“（R4）,（R5）+”，对应的机器码为001000110H。
该指令执行后，寄存器R5和存储单元5678H的内容会改变。
执行后，R5的内容从5678H变成5679H。
存储单元5678H中的内容变成该加法指令计算的结果5678123468。
一、单项选择题
12．下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是A．B．C．D．
13．型数据通常用754单精度浮点数格式表示。
若编译器将型变量x分配到一个32位浮点寄存器1中，且8.25，则1的内容是。
A．C1040000HB．C2420000HC．C1840000HD．C1C20000H14．下列各类存储器中，不采用随机存取方式的是。
A．B．C．D．
15．某计算机存储器按字节编址，主存地址空间大小为64，现用4×8位的芯片组成32的主存储器，则存储器地址寄存器的位数至少是。
A．22位B．23位C．25位D．26位16．偏移寻址通过将某个寄存器内容与一个形式地址相加而生成有效地址。
下列寻址方式中，不属于偏移寻址方式的是。
．
A．间接寻址B．基址寻址C．相对寻址D．变址寻址
17．某机器有一个标志寄存器，其中有进位/借位标志、零标志、符号标志和溢出标志，条件转移指令（无符号整数比较大于时转移）的转移条件是。
A．?
1B．?
1C．?
1D．?
118．下列给出的指令系统特点中，有利于实现指令流水线的是。
Ⅰ．指令格式规整且长度一致Ⅱ．指令和数据按边界对齐存放Ⅲ．只有指令才能对操作数进行存储访问A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅱ、ⅢC．仅Ⅰ、ⅢD．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
19．假定不采用和指令预取技术，且机器处于“开中断”状态，则在下列有关指令执行的叙述中，错误的是。
．．
A．每个指令周期中都至少访问内存一次
B．每个指令周期一定大于或等于一个时钟周期
C．空操作指令的指令周期中任何寄存器的内容都不会被改变D．当前程序在每条指令执行结束时都可能被外部中断打断20．在系统总线的数据线上，不可能传输的是。
．A．指令B．操作数C．握手（应答）信号D．中断类型号
21．某计算机有五级中断L4～L0，中断屏蔽字为M4M3M2M1M0，1（0≤i≤4）表示对级中断进行屏蔽。
若中断响应优先级从高到低的顺序是L4→L0→L2→L1→L3，则L1的中断处理程序中设置的中断屏蔽字是。
A．11110B．01101C．00011D．01010
22．某计算机处理器主频为50，采用定时查询方式控制设备A的，查询程序运行一次所用的时钟周期数至少为500。
在设备A工作期间，为保证数据不丢失，每秒需对其查询至少200次，则用于设备A的的时间占整个时间的百分比至少是。
A．0.02%B．0.05%C．0.20%D．0.50%
二、综合应用题
43．（11分）假定在一个8位字长的计算机中运行如下C程序段：
134;246;;;
z1;z2;k1;k2;
若编译器编译时将8个8位寄存器R1～R8分别分配给变量x、y、m、n、z1、z2、k1和k2。
请回答下列问题。
（提示：
带符号整数用补码表示。
）
（1）执行上述程序段后，寄存器R1、R5和R6的内容分别是什么（用十六进制表示）？
（2）执行上述程序段后，变量m和k1的值分别是多少（用十进制表示）？
（3）上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算，这四种运算能否利用同一个加法器辅助电路实现？
简述理由。
（4）计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出？
上述程序段中，哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出？
44．（12分）某计算机存储器按字节编址，虚拟（逻辑）地址空间大小为16，主存（物理）地址空间大小为1，页面大小为4；采用直接映射方式，共8行；主存与之间交换的块大小为32B。
系统运行到某一时刻时，页表的部分内容和的部分内容分别如题44图、题44图所示，图中页框号及标记字段的内容为十六进制形式。
（1）虚拟地址共有几位，哪几位表示虚页号？
物理地址共有几位，哪几位表示页框号（物理页号）？
（2）使用物理地址访问时，物理地址应划分成哪几个字段？
要求说明每个字段的位数及在物理地址中的位置。
（3）虚拟地址001C60H所在的页面是否在主存中？
若在主存中，则该虚拟地址对应的物理地址是什么？
访问该地址时是否命中？
要求说明理由。
（4）假定为该机配置一个4路组相联的共可存放8个页表项，若其当前内容（十六进制）如题44图所示，则此时虚拟地址024所在的页面是否存在主存中？
要求说明理由。
一、单项选择题
12．D。
考查计算机的性能指标。
指每秒百万条浮点数运算。
13．A。
考查浮点数的表示。
x的二进制表示为-1000.01﹦-1.00001×211，根据754，标准隐藏最高位的“1”，又127=3，所以130=10000010B，还因数据存储顺序为1位数符+8位阶码（含阶符）+23位尾数。
故，1内容为1100000010000010000000000000000000
即，110000010000010000000000000H。
14．B。
考查随机存取存储器。
随机存取方式是指存储器的任何一个存储单元的内容都可以存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。
选项A、C、D均采用随机存取方式，即光盘，采用串行存取方式。
15．D。
考查存储器的编制。
按字节编址，64的主存地址空间，的寻址范围是64M，故而是26位，而实际的主存的空间不能代表的位数。
16．A。
考查寻址方式。
间接寻址不需要寄存器，（A）。
基址寻址：
基址寄存器内同；相对寻址：
﹦内容；变址寻址：
﹦变址寄存器内容。
17．C。
考查条件转移指令。
无符号整数比较A>B的情况，指令会将两个无符号数进行比较，也就是将A和B相减。
无进位/借位，也不为0（为0时表示两数相同），故而和均为0。
18．D。
考查指令流水线的优化。
指令定长、对齐、仅指令访存，以上3个都是的特征，使取指令、取操作数操作简化且时间长度固定，能够有效地简化流水线的复杂度。
19．C。
考查指令周期。
A由于没有采用指令预取技术，故而取指令要访存；B时钟周期对指令是不可分割的；C空指令能够使寄存器自动加1，故而不正确；D在指令执行结束时刻，查询是否有中断请求，故而可能被中断。
20．C。
考查总线的特点。
数据线可能传输
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