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《计算机组成原理》课程期中考卷（答案）.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.13M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    厦门大学《计算机组成原理》课程期中试卷 软件 学院＿软件工程＿系 2011 级 年级 软件工程 专业 一、 选择题（请从 A、B、C、D 中选择唯一的一个正确答案，并填写在空格 中，15 小题，每小题 1 分，共 15 分） 1、冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是 A. 多指令流单数据流 C. 堆栈操作 。 B B. 按地址访问并顺序执行指令 D. 存储器按内容选择地址 2、在三种集中式总线控制中， A．链式查询 C．独立请求 C 方式响应时间最快。 B．计数器定时查询 D．链式查询和独立请求 3、不同的信号共用一组信号线，分时传送，这种总线传输方式是 A．猝发 C．串行 B．并行 D．复用 D 传输。 4、一个 512×16 位的存储器，其地址线和数据线的总和是 A．512 C．16 B．25 D．9 B 。 5、主存储器和 CPU 之间增加 Cache 的目的是 A. 解决 CPU 和主存之间的速度匹配问题 C. 扩大 CPU 中通用寄存器的数量 。 A B. 扩大主存储器的容量 D. 既扩大主存容量又扩大 CPU 通用寄存器数量 A 6、在 Cache 的地址映射中，若主存中的任一块均可映射到 Cache 内的任意一块的位置上，则这种方法称 为 A. 全相联映射 C. 组相联映射 B. 直接映射 D. 混合映射 。 7、在程序的执行过程中，Cache 与主存的地址映射是由 A. 操作系统来管理的 C. 硬件自动完成的 B. 程序员调度的 D. 编译器完成的 C 。 8、在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由 A. 程序员 C. Cache 控制器 完成地址映射。 D B. 编译器 D. 操作系统 1
    9、相联存储器是按 A. 地址指定方式 C. 内容指定方式 C 进行寻址的存储器。 B. 堆栈存取方式 D. 地址指定与堆栈存取方式结合 10、I/O 与主机交换信息的方式中，中断方式的特点是 A．CPU 与设备串行工作，传送与主程序串行工作 B．CPU 与设备串行工作，传送与主程序并行工作 C．CPU 与设备并行工作，传送与主程序串行工作 D．CPU 与设备并行工作，传送与主程序并行工作 C 。 11、在 DMA 方式中，周期窃取是窃取一个 A. 存取周期 C. CPU 周期 A 。 B. 指令周期 D. 总线周期 12、采用 DMA 方式传送数据时，每传送一个数据要占用一个 A．指令周期 C．CPU 周期 B．机器周期 D．存储周期 D 的时间。 13、对真值 0 表示形式唯一的机器数是 A．原码 C．补码和移码 B．反码 D．以上都不对 C 。 14、在定点补码运算器中，若采用双符号位，当 A．双符号位相同 C．双符号位均为 1 B．双符号位不同 D．双符号位均为 0 B 时表示结果溢出。 15、长度相同但格式不同的 2 种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其他规定均相 同，则它们可表示的数的范围和精度为 A. 两者可表示的数的范围和精度相同 C. 后者可表示的数的范围大且精度高 。 B. 前者可表示的数的范围大但精度低 D. 前者可表示的数的范围大且精度高 B 二、 填空题（10 个空，每一空 1 分，共 10 分） 1、 汇编语言是一种面向 机器 的语言，用汇编语言编制的程序执行速度比高级语言快。 2、 层次化存储器结构设计的依据是程序访问的 局部性 原理。 3、 为了提高存储器的带宽，可以通过调整主存的结构来实现，通常有两种提高存储器访存速度的结构， 分别是： 单体多字系统 结构、 多体并行系统 结构。 4、 主存和 Cache 的地址映射方式有三种，分别是： 直接映射 、 全相联映射 、 2
    组相联映射 。 5、 在虚拟存储器系统中，CPU 根据指令生成的地址是 逻辑地址（虚拟地址） ，经过转换后的地址 是 物理地址（实际地址） 。 6、 Mask ROM 也称为 掩模式 只读存储器。 7、 EEPROM(E2PROM) 也称为 电可檫除 可编程只读存储器。 8、 CAM 又称为 相联存储器（或按内容寻址的存储器） 。 9、 将一个十进制数 x = -8192 表示成补码，至少用 14 位二进制代码表示？ 三、 判断题（正确的在括号中打√，错误的在括号中打×，10 小题，每小题 1 分，共 10 分） 1、 计算机速度完全取决于主频。（ × ） 2、 连接计算机与计算机之间的总线属于系统总线。（ × ） 3、 三种集中式总线控制（链式查询、计数器定时查询、独立请求）中，链式查询方式对电路故障最敏感。 （ √ ） 4、 闪速存储器是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器。（ √ ） 5、 DRAM 的刷新是采用“读出”方式进行刷新。（ √ ） 6、 计算机系统中的存储系统是指主存和辅存。（ √ ） 7、 程序中断方式和 DMA 方式中都有中断请求，但目的不同。（ √ ） 8、 一个更高级的中断请求一定可以中断另一个中断处理程序的执行。（ × ） 9、 在浮点机中，尾数的第一位为 1 时，即为规格化数形式。（ × ） 10、 任何十进制小数都可以用二进制表示。（ × ） 四、 名词解释（请写出下列英文缩写的中文全称，10 小题，每 1 小题 1 分， 共 10 分） 1、 PCI：外围部件互联 2、 AGP：加速图形接口 3、 USB：通用串行总线 4、 EEPROM：电可擦除可编程只读存储器 5、 SDRAM：同步动态随机存储器 6、 ALU：算术逻辑单元 3
    7、 MIPS：每秒百万条指令 8、 FLOPS：每秒浮点运算次数 9、 LRU：近期最少使用算法 10、 CRC：循环冗余校验码 五、 问答题（5 小题，每小题 3 分，共 15 分） 1、冯·诺依曼计算机的特点是什么？ 答：（1） 计算机由五大部件组成 （2） 指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访 （3） 指令和数据用二进制表示 （4） 指令由操作码和地址码组成 （5） 存储程序 （6） 以运算器为中心 2、请比较主存储器、辅助存储器、高速缓存存储器、控制存储器、虚拟存储器。 答：主存又称为内存，直接与 CPU 交换信息； 辅存可作为主存的后备存储器，不直接与 CPU 交换信息； 缓存是为了解决主存与 CPU 的速度匹配、提高访存速度的一种存储器； 控存是微程序控制器中用来存放微指令的存储器； 虚存是为了解决扩大主存容量和地址分配问题，把主存和辅存统一成一个整体。 3、I/O 与主机交换信息有哪几种控制方式？各有何特点？ 答：（1）三种方式：程序查询方式、程序中断方式、DMA 方式 （2）程序查询方式：其特点是主机与 I/O 串行工作 程序中断方式：其特点是主机与 I/O 并行工作 DMA 方式：其特点是主机与 I/O 并行工作，主存和 I/O 之间有一条直接数据通路 4、CPU 响应中断的条件是什么？CPU 什么时候响应中断？ 答：CPU 响应中断的条件是：允许中断触发器(EINT)必须为 1；中断源提出请求，又未被屏蔽，并排上队。 CPU 在每条指令执行周期结束时刻要向所有中断源发中断查询信号，此时若条件满足，即可响应中 断。 5、计算机的浮点数的尾数分别采用原码、补码和反码表示，如何判断该尾数是否为规格化形式？ 答：在浮点机中，机器数采用原码时，不论尾数的符号是 0 或 1，只需第一数值位为 1，即为规格化形式； 机器数采用补码或反码时，尾数的符号位与第一数值位不同即为规格化形式。 4
    六、 设计题（4 小题，共 40 分） 1、设机器字长为 16 位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围（十进制表示）。假设定点数采用一位 符号位。 （1）无符号数； （2）原码表示的定点小数； （3）补码表示的定点小数； （4）原码表示的定点整数； （5）补码表示的定点整数； （6）假设浮点数阶码为 5 位（含 1 位符号位）、尾数为 11 位（含 1 位符号位），分别写出其对应的正数和 负数范围； （7）浮点数格式同（6），机器数采用原码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数范围； （8）浮点数格式同（6），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数范围。 答： （1） 无符号数 0 ～ 65535 （2） 原码表示的定点小数 -32767/32768 ～ + 32767/32768 （3）补码表示的定点小数 -1 ～ + 32767/32768 （4）原码表示的定点整数 -32767 ～ + 32767 （5）补码表示的定点整数 -32768 ～ + 32767 （6）假设浮点数阶码为 5 位（含 1 位符号位）、尾数为 11 位（含 1 位符号位），分别写出其对应的正数和 负数范围 浮点数（正数）： 2-15X2-10 ～ 215X(1-2-10) 浮点数（负数）： -215X(1-2-10) ～ -2-15X2-10 （7）浮点数格式同（6），机器数采用原码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数范围 5
    原码表示的规格化浮点数（正数）： 2-15X2-1 ～ 215X(1-2-10) 原码表示的规格化浮点数（负数）： -215X(1-2-10) ～ -2-15X2-1 （8）浮点数格式同（6），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数范围 补码表示的规格化浮点数（正数）： 2-16X2-1 ～ 215X(1-2-10) 补码表示的规格化浮点数（负数）： -215 ～ -2-16X(2-1+2-10) 2（10 分）、已知 x=2-011×（-0.100010），y=2-010×(-0.011111)，计算[x+y]补和[x-y]补。 答： [x]补 = 11,101 ; 11.011110 [y]补 = 11,110 ; 11.100001 (1)对阶 [x]补 = 11,110 ; 11.101111 （2）尾数求和 [x]补+[y]补 = 11,110; 11.010000 [x]补-[y]补 = 11,110; 00.001110 （3）规格化 [x]补+[y]补 = 11,110; 11.010000 [x]补-[y]补 = 11,100; 00.111000 2（10 分）、设某计算机采用直接映射 Cache，已知主存容量为 4MB，Cache 容量为 4KB，字块长度为 8 个字，每个字 32 位。要求： （1）画出反映主存与 Cache 映射关系的主存地址各字段分配框图，并说明每个字段的名称及位数。 （2）设 Cache 初态为空，若 CPU 依次从主存第 0，1，．．．，99 号单元读出 100 个字（主存一次读出一个 字），并重复按此次序读 10 次，问命中率是多少？ （3）如果 Cache 的存取时间是 50ns，主存的存取时间是 500ns，根据（2）求出的命中率，求平均存取时 间。 （3） 计算 Cache-主存系统的效率。 答： （1）根据字块长度为 8 个字、每个字 32 位，可确定主存字块内地址为 5 位（3 位+2 位） 根据 Cache 容量为 4096B，确定 Cache 字块地址为 7 位（12 位-5 位） 根据主存容量 4MB，确定主存字块标记为 10 位（22 位-7 位-5 位） 主存字块标记为 10 位 Cache 字块地址为 7 位 字块内地址为 5 位 6
    （2）因为 Cache 初态为空，且块长为 8，因此 CPU 每读 100 个字时，共有 13 次未命中（即读第 0、8、 16、…、96 号单元时未命中），以后 9 次重复读这 100 个字时均命中，故命中率为 [(100*10-13)/(100*10)=98.7% （3）平均访问时间=98.7%*50ns+(1-98.7%)*500ns=55.85ns Cache-主存的效率=50ns/55.85ns=89.5% 3（12 分）、已知某 CPU 共有 16 根地址线、8 根数据线，并用 IO/-M 作为访问存储器与 I/O 的控制线（高 电平访问 I/O，低电平访问存储器），用-WR 作为读/写控制信号（高电平为读，低电平为写）。现有 2KX8 位的 ROM 存储器、8KX8 位的 RAM 存储器、4KX4 位的 RAM 存储器若干片，并行 I/O 接口 8255 芯片 1 片、串行 I/O 接口 8251 芯片 1 片，3-8 译码器（74LS138）、各种门电路芯片若干。要求存储器芯片地址 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。并要求该 CPU 连接 1 片 8255 芯片（I/O 地址为 8000H-8003H）、1 片 8251 芯片（I/O 地址为 A000H-A001H）。请完整地画出 CPU 与存储器芯片以及 I/O 接口芯片的连接图。 注：8255 芯片有 8 根数据线、2 根地址线、片选线（-CS）、读写控制线（-WR）等；8251 芯片有 8 根数 据线、1 根地址线、片选线（-CS）、读写控制线（-WR）等。 答： 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 2KX8 位的 ROM 存储器；相邻 的 4K 地址空间为系统程序工作区，选用 2 片 4KX4 位的 RAM 存储器；最小 16K 地址空间为用户程序区， 选用 2 片 8KX8 位的 RAM 存储器。 A15A14A13 111 111 111 111 A15A14A13 111 111 A15A14A13 000 000 001 001 A12A11 11 11 10 10 A12 0 0 A12 ～ A0 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111 A10 ～ A0 00000000000 11111111111 00000000000 11111111111 A11 ～ A0 111111111111 000000000000 7 F000H-FFFFH E000H-EFFFH 0000H-3FFFH
    又根据 8255 芯片的 I/O 地址为 8000H-8003H、8251 芯片的 I/O 地址为 A000H-A001H： A15A14A13 100 100 A15A14A13 101 101 A12 ～ A2 00000000000 00000000000 A12 ～ A1 000000000000 000000000000 A1 ～ A0 00 11 A0 0 1 8000-8003H A000-A001H 8
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