计算机组成原理期末考试试题及答案同名12546.docx

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计算机组成原理期末考试试题及答案同名12546

北京科技大学

2011-2012学年第一学期期末试题

计算机组成原理

一、选择题（共20分，每题1分）

1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自____C__。

A．立即数和栈顶；

B．暂存器；

C．栈顶和次栈顶；

D．累加器。

2．___C___可区分存储单元中存放的是指令还是数据。

A．存储器；

B．运算器；

C．控制器；

D．用户。

3．所谓三总线结构的计算机是指_B_____。

A．地址线、数据线和控制线三组传输线。

B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线；

C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线；

D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。

4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是_____B_。

A．128K；

B．64K；

C．64KB；

D．128KB。

5．主机与设备传送数据时，采用___A___，主机与设备是串行工作的。

A．程序查询方式；

B．中断方式；

C．DMA方式；

D．通道。

6．在整数定点机中，下述第___B___种说法是正确的。

A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1；

B．三种机器数均可表示-1；

C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同；

D．三种机器数均不可表示-1。

7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是___C___。

A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）；

B．程序计数器内容加上形式地址；

C．变址寄存器内容加上形式地址；

D．以上都不对。

8．向量中断是___C___。

A．外设提出中断；

B．由硬件形成中断服务程序入口地址；

C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址

D．以上都不对。

9．一个节拍信号的宽度是指_____C_。

A．指令周期；

B．机器周期；

C．时钟周期；

D．存储周期。

10．将微程序存储在EPROM中的控制器是____A__控制器。

A．静态微程序；

B．毫微程序；

C．动态微程序；

D．微程序。

11．隐指令是指___D___。

A．操作数隐含在操作码中的指令；

B．在一个机器周期里完成全部操作的指令；

C．指令系统中已有的指令；

D．指令系统中没有的指令。

12．当用一个16位的二进制数表示浮点数时，下列方案中第____B_种最好。

A．阶码取4位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）；

B．阶码取5位（含阶符1位），尾数取11位（含数符1位）；

C．阶码取8位（含阶符1位），尾数取8位（含数符1位）；

D．阶码取6位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）。

13．DMA方式__B____。

A．既然能用于高速外围设备的信息传送，也就能代替中断方式；

B．不能取代中断方式；

C．也能向CPU请求中断处理数据传送；

D．内无中断机制。

14．在中断周期中，由____D__将允许中断触发器置“0”。

A．关中断指令；

B．机器指令；

C．开中断指令；

D．中断隐指令。

15．在单总线结构的CPU中，连接在总线上的多个部件__B____。

A．某一时刻只有一个可以向总线发送数据，并且只有一个可以从总线接收数据；

B．某一时刻只有一个可以向总线发送数据，但可以有多个同时从总线接收数据；

C．可以有多个同时向总线发送数据，并且可以有多个同时从总线接收数据；

D．可以有多个同时向总线发送数据，但可以有一个同时从总线接收数据。

16．三种集中式总线控制中，___A___方式对电路故障最敏感。

A．链式查询；

B．计数器定时查询；

C．独立请求；

D．以上都不对。

17．一个16K×8位的存储器，其地址线和数据线的总和是__D____。

A．48；

B．46；

C．17；

D．22．

18．在间址周期中，__C____。

A．所有指令的间址操作都是相同的；

B．凡是存储器间接寻址的指令，它们的操作都是相同的；

C．对于存储器间接寻址或寄存器间接寻址的指令，它们的操作是不同的；

D．以上都不对。

19．下述说法中____B__是正确的。

A．EPROM是可改写的，因而也是随机存储器的一种；

B．EPROM是可改写的，但它不能用作为随机存储器用；

C．EPROM只能改写一次，故不能作为随机存储器用；

D．EPROM是可改写的，但它能用作为随机存储器用。

20．打印机的分类方法很多，若按能否打印汉字来区分，可分为_C_____。

A．并行式打印机和串行式打印机；

B．击打式打印机和非击打式打印机；

C．点阵式打印机和活字式打印机；

D．激光打印机和喷墨打印机。

二、填空（共20分，每空1分）

1．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：

最大正数为2127（1-2－23），最小正数为2－129，最大负数为2－128（-2－1-2－23），最小负数为-2127。

2．指令寻址的基本方式有两种，一种是顺序寻址方式，其指令地址由程序计数器给出，另一种是跳跃寻址方式，其指令地址由指令本身给出。

3．在一个有四个过程段的浮点加法器流水线中，假设四个过程段的时间分别是T1=60ns﹑T2=50ns﹑T3=90ns﹑T4=80ns。

则加法器流水线的时钟周期至少为90ns。

如果采用同样的逻辑电路，但不是流水线方式，则浮点加法所需的时间为280ns。

4．一个浮点数，当其尾数右移时，欲使其值不变，阶码必须增加。

尾数右移1位，阶码加1。

5．存储器由m（m＝1，2，4，8…）个模块组成，每个模块有自己的地址和

数据寄存器，若存储器采用模m编址，存储器带宽可增加到原来的m倍。

6．按序写出多重中断的中断服务程序包括保护现场、开中断、设备服务|。

。

恢复现场和中断返回几部分。

1．A．A．2127（1-2－23）B．2－129C．2－128（-2－1-2－23）D．-2127

三、名词解释（共10分，每题2分）

1．微操作命令和微操作

答：

微操作命令是控制完成微操作的命令；微操作是由微操作命令控制实现的最基本操作。

2．快速缓冲存储器

答：

快速缓冲存储器是为了提高访存速度，在CPU和主存之间增设的高速存储器，它对用户是透明的。

只要将CPU最近期需用的信息从主存调入缓存，这样CPU每次只须访问快速缓存就可达到访问主存的目的，从而提高了访存速度。

3．基址寻址

答：

基址寻址有效地址等于形式地址加上基址寄存器的内容。

4．流水线中的多发技术

答：

为了提高流水线的性能，设法在一个时钟周期（机器主频的倒数）内产生更多条指令的结果，这就是流水线中的多发技术。

5．指令字长

答：

指令字长是指机器指令中二进制代码的总位数。

四、计算题（5分）

设机器数字长为8位（含1位符号位），设A＝

，B＝

，计算[A

B]补，并还原成真值。

计算题答：

[A+B]补＝1.1011110，A+B＝（-17/64）

[A-B]补＝1.1000110，A-B＝（35/64）

五、简答题（共20分）

1．异步通信与同步通信的主要区别是什么，说明通信双方如何联络。

（4分）

同步通信和异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序，统一的传输周期进行信息传输，通信双方按约定好的时序联络。

后者没有公共时钟，没有固定的传输周期，采用应答方式通信，具体的联络方式有不互锁、半互锁和全互锁三种。

不互锁方式通信双方没有相互制约关系；半互锁方式通信双方有简单的制约关系；全互锁方式通信双方有完全的制约关系。

其中全互锁通信可靠性最高。

2．为什么外围设备要通过接口与CPU相连？

接口有哪些功能？

（6分）

答：

外围设备要通过接口与CPU相连的原因主要有：

（1）一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号（地址），通过接口可实现对设备的选择。

（2）I/O设备种类繁多，速度不一，与CPU速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配。

（3）I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换。

（4）I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同，通过接口可实现电平转换。

（5）CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令。

（6）I/O设备需将其工作状况（“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等）及时报告CPU，通过接口可监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询。

可见归纳起来，接口应具有选址的功能、传送命令的功能、反映设备状态的功能以及传送数据的功能（包括缓冲、数据格式及电平的转换）。

六、问答题（共15分）

1．设CPU中各部件及其相互连接关系如下图所示。

图中W是写控制标志，R是读控制标志，R1和R2是暂存器。

（8分）

（1）假设要求在取指周期由ALU完成（PC）+1→PC的操作（即ALU可以对它的一个源操作数完成加1的运算）。

要求以最少的节拍写出取指周期全部微操作命令及节拍安排。

答：

由于（PC）+1→PC需由ALU完成，因此PC的值可作为ALU的一个源操作数，靠控制ALU做＋1运算得到（PC）+1，结果送至与ALU输出端相连的R2，然后再送至PC。

此题的关键是要考虑总线冲突的问题，故取指周期的微操作命令及节拍安排如下：

T0PC→MAR，1→R

T1M（MAR）→MDR，（PC）+1→R2

T2MDR→IR，OP（IR）→微操作命令形成部件

T3R2→PC

（2）写出指令ADD#α（#为立即寻址特征，隐含的操作数在ACC中）在执行阶段所需的微操作命令及节拍安排。

答：

立即寻址的加法指令执行周期的微操作命令及节拍安排如下：

T0Ad（IR）→R1；立即数→R1

T1（R1）+（ACC）→R2；ACC通过总线送ALU

T2R2→ACC；结果→ACC

2．DMA接口主要由哪些部件组成？

在数据交换过程中它应完成哪些功能？

画出DMA工作过程的流程图（不包括预处理和后处理）

答：

DMA接口主要由数据缓冲寄存器、主存地址计数器、字计数器、设备地址寄存器、中断机构和DMA控制逻辑等组成。

在数据交换过程中，DMA接口的功能有：

（1）向CPU提出总线请求信号；

（2）当CPU发出总线响应信号后，接管对总线的控制；（3）向存储器发地址信号（并能自动修改地址指针）；（4）向存储器发读/写等控制信号，进行数据传送；（5）修改字计数器，并根据传送字数，判断DMA传送是否结束；（6）发DMA结束信号，向CPU申请程序中断，报告一组数据传送完毕。

DMA工作过程流程如图所示。

七、设计题（10分）

设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用

作访存控制信号（低电平有效），用

作读写控制信号（高电平为读，低电平为写）。

现有下列芯片及各种门电路（门电路自定），如图所示。

画出CPU与存储器的连接图，要求：

（1）存储芯片地址空间分配为：

最大4K地址空间为系统程序区，相邻的4K地址空间为系统程序工作区，最小16K地址空间为用户程序区；

（2）指出选用的存储芯片类型及数量；

（3）详细画出片选逻辑。

（1）主存地址空间分配：

6000H～67FFH为系统程序区；

6800H～6BFFH为用户程序区。

答：

（1）主存地址空间分配。

（2分）

A15…A11…A7……A0

最大4K2K×8位ROM2片

相邻4K4K×4位RAM2片

最小16K8K×8位RAM2片

（2）合理选用上述存储芯片，说明各选几片？

2）根据主存地址空间分配

最大4K地址空间为系统程序区，选用2片2K×8位ROM芯片；（1分）

相邻的4K地址空间为系统程序工作区，选用2片4K×4位RAM芯片；（1分）

最小16K地址空间为用户程序区，选用2片8K×8位RAM芯片。

（1分）

（3）详细画出存储芯片的片选逻辑图。

答案：

一、选择题（共20分，每题1分）

1．C2．C3．B4．B5．A6．B7．C

8．C9．C10．A11．D12．B13．B14．D

15．B16．A17．D18．C19．B20．C

二、填空（共20分，每空1分）

1．A．A．2127（1-2－23）B．2－129C．2－128（-2－1-2－23）D．-2127

2．A．顺序B．程序计数器C．跳跃D．指令本身

3．A．90nsB．280ns

4．A．A．增加B．加1

5．A．地址B．数据C．模mD．m

6．A．保护现场B．开中断C．设备服务D．恢复现场

三、名词解释（共10分，每题2分）

1．微操作命令和微操作

答：

微操作命令是控制完成微操作的命令；微操作是由微操作命令控制实现的最基本操作。

2．快速缓冲存储器

答：

快速缓冲存储器是为了提高访存速度，在CPU和主存之间增设的高速存储器，它对用户是透明的。

只要将CPU最近期需用的信息从主存调入缓存，这样CPU每次只须访问快速缓存就可达到访问主存的目的，从而提高了访存速度。

3．基址寻址

答：

基址寻址有效地址等于形式地址加上基址寄存器的内容。

4．流水线中的多发技术

答：

为了提高流水线的性能，设法在一个时钟周期（机器主频的倒数）内产生更多条指令的结果，这就是流水线中的多发技术。

5．指令字长

答：

指令字长是指机器指令中二进制代码的总位数。

四、（共5分）

计算题答：

[A+B]补＝1.1011110，A+B＝（-17/64）

[A-B]补＝1.1000110，A-B＝（35/64）

五、简答题（共20分）

1．（4分）答：

同步通信和异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序，统一的传输周期进行信息传输，通信双方按约定好的时序联络。

后者没有公共时钟，没有固定的传输周期，采用应答方式通信，具体的联络方式有不互锁、半互锁和全互锁三种。

不互锁方式通信双方没有相互制约关系；半互锁方式通信双方有简单的制约关系；全互锁方式通信双方有完全的制约关系。

其中全互锁通信可靠性最高。

2．（6分，每写出一种给1分，最多6分）

答：

外围设备要通过接口与CPU相连的原因主要有：

（1）一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号（地址），通过接口可实现对设备的选择。

（2）I/O设备种类繁多，速度不一，与CPU速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配。

（3）I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换。

（4）I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同，通过接口可实现电平转换。

（5）CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令。

（6）I/O设备需将其工作状况（“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等）及时报告CPU，通过接口可监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询。

可见归纳起来，接口应具有选址的功能、传送命令的功能、反映设备状态的功能以及传送数据的功能（包括缓冲、数据格式及电平的转换）。

4．（5分）答：

（1）根据IR和MDR均为16位，且采用单字长指令，得出指令字长16位。

根据105种操作，取操作码7位。

因允许直接寻址和间接寻址，且有变址寄存器和基址寄存器，因此取2位寻址特征，能反映四种寻址方式。

最后得指令格式为：

7

2

7

OP

M

AD

其中OP操作码，可完成105种操作；

M寻址特征，可反映四种寻址方式；

AD形式地址。

这种格式指令可直接寻址27=128，一次间址的寻址范围是216=65536。

（2）双字长指令格式如下：

7

2

7

OP

M

AD1

AD2

其中OP、M的含义同上；

AD1∥AD2为23位形式地址。

这种格式指令可直接寻址的范围为223=8M。

（3）容量为8MB的存储器，MDR为16位，即对应4M×16位的存储器。

可采用双字长指令，直接访问4M存储空间，此时MAR取22位；也可采用单字长指令，但RX和RB取22位，用变址或基址寻址访问4M存储空间。

六、（共15分）问答题

1．（8分）答：

（1）由于（PC）+1→PC需由ALU完成，因此PC的值可作为ALU的一个源操作数，靠控制ALU做＋1运算得到（PC）+1，结果送至与ALU输出端相连的R2，然后再送至PC。

此题的关键是要考虑总线冲突的问题，故取指周期的微操作命令及节拍安排如下：

T0PC→MAR，1→R

T1M（MAR）→MDR，（PC）+1→R2

T2MDR→IR，OP（IR）→微操作命令形成部件

T3R2→PC

（2）立即寻址的加法指令执行周期的微操作命令及节拍安排如下：

T0Ad（IR）→R1；立即数→R1

T1（R1）+（ACC）→R2；ACC通过总线送ALU

T2R2→ACC；结果→ACC

2．（7分）答：

DMA接口主要由数据缓冲寄存器、主存地址计数器、字计数器、设备地址寄存器、中断机构和DMA控制逻辑等组成。

在数据交换过程中，DMA接口的功能有：

（1）向CPU提出总线请求信号；

（2）当CPU发出总线响应信号后，接管对总线的控制；（3）向存储器发地址信号（并能自动修改地址指针）；（4）向存储器发读/写等控制信号，进行数据传送；（5）修改字计数器，并根据传送字数，判断DMA传送是否结束；（6）发DMA结束信号，向CPU申请程序中断，报告一组数据传送完毕。

DMA工作过程流程如图所示。

七、设计题（共10分）

答：

（1）主存地址空间分配。

（2分）

A15…A11…A7……A0

最大4K2K×8位ROM2片

相邻4K4K×4位RAM2片

最小16K8K×8位RAM2片

（2）根据主存地址空间分配

最大4K地址空间为系统程序区，选用2片2K×8位ROM芯片；（1分）

相邻的4K地址空间为系统程序工作区，选用2片4K×4位RAM芯片；（1分）

最小16K地址空间为用户程序区，选用2片8K×8位RAM芯片。

（1分）

（3）存储芯片的片选逻辑图（5分）