计算机组成原理试题

C中断屏蔽DDMA请求本科生期末试卷（一）一、选择（每小题1分，共15分）从器件角度看，计算机经历了五代变化。但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（）计算机。A并行B冯・诺依曼C智能D串行2数为某机字长32位，其中1位表示符号位。若用定点整数表示，则最小负整）。A-(231-1)B-(230-1)C-(231+1)D-(230+1)以下有关运算器的描述，）是正确的。只做加法运算B只做算术运算算术运算与逻辑运算D只做逻辑运算EEPROM是指（）。A读写存储器只读存储器C闪速存储器电擦除可编程只读存储器5表面存储器。常用的虚拟存储系统由）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁Acache-主存D通用寄存器-cache主存-辅存Ccache-辅RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（）。栈顶和次栈顶B两个主存单元C一个主存单元和一个通用寄存器D两个通用寄存器当前的CPU由（）组成。A控制器B控制器、运算器、cacheC运算器、主存D控制器、ALU、主存流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（）。A具备同等水平B不具备同等水平C小于前者D大于前者在集中式总线仲裁中，（）方式响应时间最快。A独立请求B计数器定时查询C菊花链CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（）。A地址寄存器B指令计数器C程序计数器D指令寄存器从信息流的传输速度来看，（）系统工作效率最低。A单总线B双总线C三总线D多总线单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（）标志，以防止本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。A中断允许B中断请求安腾处理机的典型指令格式为（）位。A32位B64位C41位D48位下面操作中应该由特权指令完成的是（）。A设置定时器的初值B从用户模式切换到管理员模式C开定时器中断D关中断下列各项中，不属于安腾体系结构基本特征的是（）。A超长指令字B显式并行指令计算C推断执行D超线程二、填空题（每小题2分，共20分）字符信息是符号数据，属于处理（）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（）码。按IEEE754，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。其中阶码E的值等于指数的真值（）加上一个固定的偏移值（）。双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（）并行技术，后者采用（）并行技术。虚拟存储器分为页式、（）式、（）式三种。安腾指令格式采用5个字段：除了操作码（OP）字段和推断字段外，还有3个7位的（）字段，它们用于指定（）2个源操作数和1个目标操作数的地址。CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（），它常用若干个（）来表示。安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器（即程序计数器）外，还有64个（）和8个（）。衡量总线性能的重要指标是（），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（）。DMA控制器按其结构，分为（）DMA控制器和（）DMA控制器。前者适用于高速设备，后者适用于慢速设备。64位处理机的两种典型体系结构是（）和（）。前者保持了与IA-32的完全兼容，后者则是一种全新的体系结构。三、简答题（每小题8分，共16分）CPU中有哪几类主要寄存器，用一句话回答其功能。指令和数据都用二进制代码存放在内存中，从时空观角度回答CPU如何区分读出的代码是指令还是数据。四、计算题（10分）设x=-15，y=+13，数据用补码表示，用带求补器的阵列乘法器求出乘积xXy,并用十进制数乘法进行验证。五、证明题（12分）用定量分析证明多模块交叉存储器带宽大于顺序存储器带宽。六、设计题（15分）某计算机有下图所示的功能部件，其中M为主存，指令和数据均存放在其中，MDR为主存数据寄存器，MAR为主存地址寄存器，R。〜R3为通用寄存器，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自动加1功能），C、D为暂存寄存器,ALU为算术逻辑单元，移位器可左移、右移、直通传送。⑴将所有功能部件连接起来，组成完整的数据通路，并用单向或双向箭头表示信息传送方向。⑵画出“ADDR1,（R2）”指令周期流程图。该指令的含义是将R］中的数与（R2）指示的主存单元中的数相加，相加的结果直通传送至R1中。⑶若另外增加一个指令存贮器，修改数据通路，画出⑵的指令周期流程图。七、分析计算题（12分）如果一条指令的执行过程分为取指令、指令译码、指令执行三个子过程，每个子过程时间都为100ns。⑴请分别画出指令顺序执行和流水执行方式的时空图。⑵计算两种情况下执行n=1000条指令所需的时间。⑶流水方式比顺序方式执行指令的速度提高了几倍？本科生期末试卷（二）一、选择题（每小题1分，共15分）冯•诺依曼机工作的基本方式的特点是（）。A多指令流单数据流B按地址访问并顺序执行指令C堆栈操作D存贮器按内容选择地址在机器数（）中，零的表示形式是唯一的。A原码B补码C移码D反码在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（）来实现。A原码运算的二进制减法器B补码运算的二进制减法器C原码运算的十进制加法器D补码运算的二进制加法器某计算机字长32位，其存储容量为256MB，若按单字编址，它的寻址范围是（）。A0—64MBB0—32MBC0—32MD0—64M主存贮器和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B扩大主存贮器容量C扩大CPU中通用寄存器的数量D既扩大主存贮器容量，又扩大CPU中通用寄存器的数量单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用（）。A堆栈寻址方式B立即寻址方式C隐含寻址方式D间接寻址方式同步控制是（）。A只适用于CPU控制的方式B只适用于外围设备控制的方式C由统一时序信号控制的方式D所有指令执行时间都相同的方式描述PCI总线中基本概念不正确的句子是（）。APCI总线是一个与处理器无关的高速外围设备BPCI总线的基本传输机制是猝发式传送CPCI设备一定是主设备D系统中只允许有一条PCI总线CRT的分辨率为1024X1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为（）。A512KBB1MBC256KBD2MB为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的办法是采用（）。A通用寄存器B堆栈C存储器D外存特权指令是由（）执行的机器指令。A中断程序B用户程序C操作系统核心程序DI/O程序虚拟存储技术主要解决存储器的（）问题。A速度B扩大存储容量C成本D前三者兼顾引入多道程序的目的在于（）。A充分利用CPU，减少等待CPU时间B提高实时响应速度C有利于代码共享，减少主辅存信息交换量D充分利用存储器64位双核安腾处理机采用了（）技术。A流水B时间并行C资源重复D流水+资源重复在安腾处理机中，控制推测技术主要用于解决（）问题。A中断服务B与取数指令有关的控制相关C与转移指令有关的控制相关D与存数指令有关的控制相关二、填空题（每小题2分，共20分）在计算机术语中，将ALU控制器和（）存储器合在一起称为（）。数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（）表示法，（）表示法。广泛使用的（）和（）都是半导体随机读写存储器。前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（）和（）。形成指令地址的方法称为指令寻址，通常是（）寻址，遇到转移指令时（）寻址。CPU从（）取出一条指令并执行这条指令的时间和称为（）。RISC指令系统的最大特点是：只有（）指令和（）指令访问存储器，其余指令的操作均在寄存器之间进行。微型机的标准总线，从带宽132MB/S的32位（）总线发展到64位的（）总线。IA-32表示（）公司的（）位处理机体系结构。安腾体系机构采用显示并行指令计算技术，在指令中设计了（）字段，用以指明哪些指令可以（）执行。三、简答题（每小题8分，共16分）简述64位安腾处理机的体系结构主要特点。2画出分布式仲裁器的逻辑示意图。四、计算题（10分）已知x=-0.01111,y=+0.11001,求：[x]，[-x]，[y]，[-y]；补补补补x+y,x-y,判断加减运算是否溢出。五、分析题（12分）参见图1,这是一个二维中断系统,请问：在中断情况下,CPU和设备的优先级如何考虑？请按降序排列各设备的中断优先级。若CPU现执行设备C的中断服务程序,IM,IM,IM的状态是什么？如果CPU执行设备H的中断服务程序，IM,IM,IM的状态又是什么？210每一级的IM能否对某个优先级的个别设备单独进行屏蔽？如果不能，采取什么方法可达到目的？若设备C一提出中断请求，CPU立即进行响应，如何调整才能满足此要求？六、设计题（15分）图2所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W#信号控制），AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中y表示y寄存器的输入控制信号，R为寄存器R的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。“ADDR2,R0”指令完成（R）+（R）-R的功能操作，画出其指令周期流程图，假设该指令的地址已放入PC中。并在流程图每一个CPU周期右边列出相应的微操作控制信号序列。若将（取指周期）缩短为一个CPU周期，请先画出修改数据通路，然后画出指令周期流程图。七、分析题（12分）设有k=4段指令流水线，它们是取指令、译码、执行、存结果，各流水段持续时间均为At。连续输入n=8条指令，请画出指令流水线时空图。推导流水线实际吞吐率的公式P,它定义为单位时间中输出的指令数。推导流水线的加速比公式S，它定义为顺序执行几条指令所用的时间与流水执行几条指令所用的时间之比。本科生期末试卷（三）一、选择题（每小题1分，共15分）下列数中最小的数是（）。A（101001）B（52）C（101001）28D（233）BCD16某DRAM芯片，其存储容量为512X8位，该芯片的地址线和数据线的数目是（）。A8，512B512，8C18，8D19，8在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（）。A对程序员的训练要求来说，需要硬件知识B汇编语言对机器的依赖性高C用汇编语言编写程序的难度比高级语言小D汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢交叉存储器实质上是一种多模块存储器，它用（）方式执行多个独立的读写操作。A流水B资源重复C顺序D资源共享寄存器间接寻址方式中，操作数在（）。A通用寄存器B主存单元C程序计数器D堆栈机器指令与微指令之间的关系是（）。A用若干条微指令实现一条机器指令B用若干条机器指令实现一条微指令C用一条微指令实现一条机器指令D用一条机器指令实现一条微指令描述多媒体CPU基本概念中，不正确的是（）。A多媒体CPU是带有MMX技术的处理器BMMX是一种多媒体扩展结构CMMX指令集是一种多指令流多数据流的并行处理指令D多媒体CPU是以超标量结构为基础的CISC机器在集中式总线仲裁中，（）方式对电路故障最敏感。A菊花链B独立请求C计数器定时查询流水线中造成控制相关的原因是执行（）指令而引起。A条件转移B访内C算逻D无条件转移PCI总线是一个高带宽且与处理器无关的标准总线。下面描述中不正确的是（）。A采用同步定时B采用分布式仲裁策略C具有自动配置能力D适合于低成本的小系统下面陈述中，不属于外围设备三个基本组成部分的是（）。A存储介质B驱动装置C控制电路D计数器中断处理过程中，（）项是由硬件完成。A关中断B开中断C保存CPU现场D恢复CPU现场IEEE1394是一种高速串行I/O标准接口。以下选项中，（）项不属于IEEE1394的协议集。A业务层B链路层C物理层D串行总线管理下面陈述中，（）项属于存储管理部件MMU的职能。A分区式存储管理B交换技术C分页技术64位的安腾处理机设置了四类执行单元。下面陈述中，（）项不属于安腾的执行单元。A浮点执行单元B存储器执行单元C转移执行单元D定点执行单元二、填空题（每小题2分，共20分）定点32位字长的字，采用2的补码形式表示时，一个字所能表示的整数范围是（）。IEEE754标准规定的64位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为11位，尾数为52位，则它能表示的最大规格化正数为（）。浮点加、减法运算的步骤是（）、（）、（）、（）、（）。某计算机字长32位，其存储容量为64MB，若按字编址，它的存储系统的地址线至少需要（）条。一个组相联映射的Cache，有128块，每组4块，主存共有16384块，每块64个字，则主存地址共（）位，其中主存字块标记应为（）位，组地址应为（）位，Cache地址共（）位。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（）。某中断系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接收取样的数据，并将其保存到主存缓冲区内。该中断处理需要X秒。另一方面，缓冲区内每存储N个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需要Y秒，因此该系统可以跟踪到每秒（）次中断请求。在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为（）。就其所传送信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括（）、（）、（）。在虚存系统中，通常采用页表保护、段表保护和键保护方法实现（）保护。安腾体系结构采用推测技术，利用（）推测方法和（）推测方法提高指令执行的并行度。三、简答题（每小题8分，共16分）列表比较CISC处理机和RISC处理机的特点。简要列出64位的安腾处理机体系结构的主要特点。四、计算题（12分）有两个浮点数N=2jiXS,N=2j2XS，其中阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含1位符号位）。设j=（11）,S=（+0.0110011）,j=（-10）,S=（+0.1101101），求N+N，写出运算步1212222212骤1及结果2。12222212五、设计题（12分）机器字长32位，常规设计的物理存储空间W32M,若将物理存储空间扩展到256M，请提出一种设计。六、分析题（10分）某机的指令格式如下所示L5109370操作码OPX位移量DX为寻址特征位：X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器R寻址；X=10：X1用变址寄存器R寻址；X=11：相对寻址X2设（PC）=1234H,（RXl）=0037H,（RX2）=1122H（H代表十六进制数），请确定下列指令中的有效地址：①4420H②2244H③1322H④3521H七、分析题（15分）有如下四种类型的单处理机：①基准标量机（每个CPU周期启动1条机器指令，并行度ILP=1）；超级标量机（每个CPU周期启动3条机器指令，并行度ILP=3）；超级流水机（每1/3个CPU周期启动1条机器指令，并行度ILP=3）；超标量超流水机（每个CPU周期启动9条指令，并行度ILP=9）。试画出四种类型处理机的时空图。本科生期末试卷（四）一、选择题（每小题1分，共15分）运算器的核心功能部件是（）。A数据总线BALUC状态条件寄存器D通用寄存器2某单片机字长32位，其存储容量为4MB。若按字编址，它的寻址范围是（）。A1MB4MBC4MD1MB某SRAM芯片，其容量为1MX8位，除电源和接地端外，控制端有E和R/W#，该芯片的管脚引出线数目是（）。A20B28C30D32双端口存储器所以能进行高速读/写操作，是因为采用（）。A高速芯片B新型器件C流水技术D两套相互独立的读写电路单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数以外，另一个数常需采用（）。A堆栈寻址方式B立即寻址方式C隐含寻址方式D间接寻址方式为确定下一条微指令的地址，通常采用断定方式，其基本思想是（）。A用程序计数器PC来产生后继微指令地址B用微程序计数器UPC来产生后继微指令地址C通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址D通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。A每一条机器指令由一条微指令来执行B每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行C一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行D一条微指令由若干条机器指令组成CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（）。A地址寄存器B程序计数器C指令寄存器D通用寄存器某寄存器中的数值为指令码，只有CPU的（）才能识别它。A指令译码器B判断程序C微指令D时序信号为实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用（）。A通用寄存器B堆栈C主存D外存采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据，就要占用一个（）的时间。A指令周期B机器周期C存储周期D总线周期将IEEE1394串行标准接口与SCSI并行标准接口进行比较，指出下面陈述中不正确的项是（）。A前者数据传输率高B前者数据传送的实时性好C前者使用6芯电缆，体积小D前者不具有热插拔能力下面陈述中，不属于虚存机制要解决的问题项是（）。A调度问题B地址映射问题C替换与更新问题D扩大物理主存的存储容量和字长进程从运行状态转入就绪状态的可能原因是（）。A被选中占有处理机时间B等待某一事件发生C等待的事件已发生D时间片已用完安腾处理机的一组指令中，可以并行执行的指令是（）。AId8r1=[r3]Baddr6=r8,r9CSUBr3=r1,r4Daddr5=r3,r7二、填空题（每小题2分，共20分）1计算机系统的层次结构从下至上可分为五级，即微程序设计级（或逻辑电路级）、一般机器级、操作系统级、（）级、（）级。十进制数在计算机内有两种表示形式：（）形式和（）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。一个定点数由符号位和数值域两部分组成。按小数点位置不同，定点数有（）和（）两种表示方法。对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，为了解决这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即（）、（）、（）。高级的DRAM芯片增强了基本DRAM的功能，存取周期缩短至20ns以下。举出三种高级DRAM芯片，它们是（）、（）、（）。一个较完善的指令系统，应当有（）、（）、（）、（）四大类指令。机器指令对四种类型的数据进行操作。这四种数据类型包括（）型数据、（）型数据、（）型数据、（）型数据。CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是（），指示下一条指令地址的寄存器是（），保存算术逻辑运算结果的寄存器是（）和（）。虚存系统中，通常采用页表保护、段表保护和键保护以实现（）保护。安腾体系结构采用分支推断技术，将传统的（）分支结构转变为无分支的（）代码，避免了错误预测分支而付出的代价。三、简答题（每小题8分，共16分）PCI总线中三种桥的名称是什么？简述其功能。2安腾处理机采用的6种增强并行性功能的技术措施是什么？四、证明题（12分）设|x|<（2n—l）,|y|<（2n—l）,|x+y|<（2n-l）求证：[x]+[y]=[x+y]（mod2n+i）补补补五、计算题（10分）设存储器容量为64M字，字长为64位，模块数m=8，分别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期T=100ns,数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。求：顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？六、分析题（12分）一种二进制RS型32位的指令结构如下：丘位3位&位17位0PX通用寄存器位移量D其中OP为操作码字段，X为寻址模式字段，D为偏移量字段，其寻址模式定义为有效地址E算法及说明列表如下：寻址方式寻址方式X有效地址E算法说明000E=D⑵001E=(PC)+DPC为程序计数器⑶010E=(R3)+D氐为变址寄存器⑷011E=(Ri)+D尺1为基址寄存器⑸100E=(D)111E=（艮）请写出6种寻址方式的名称。七、设计题（15分）CPU的数据通路如图1所示。运算器中R〜R为通用寄存器，DR为数据缓冲寄存器，PSW为状态字寄存器。D-cache为数据存储器，I-cache为指令存储器，PC为程序计数器（具有加1功能），IR为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制信号（电位或脉冲），如LR表示读出R寄存器，SR表示写入R0000机器指令“LDA（R3）,R0”实现的功能是：以（R3）的内容为数存单元地址，读出数存该单元中数据至通用寄存器R0中。请画出该取数指令周期流程图,并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。（一个CPU周期有T〜T四个时14钟信号，寄存器打入信号必须注明时钟序号）C4ClARiARPCr2RsDR6DBUE图1CPU的数据通路IBUESDRSARSPCDR/WVIRAVVSPSWI-cache指存D-cache数存操作控制器PSWOP地址码IR本科生期末试卷（五）一、选择题（每小题1分，共15分）1某机字长64位，1位符号位，63位表示尾数，若用定点整数表示，则最大正整数位（）。A+(263-1)B+(264-1)C-(263-1)D-(264-1)请从下面浮点运算器中的描述中选出两个描述正确的句子（）。A浮点运算器可用两个松散连接的定点运算部件一阶码和尾数部件来实现。B阶码部件可实现加，减，乘，除四种运算。C阶码部件只进行阶码相加，相减和比较操作。D尾数部件只进行乘法和除法运算。存储单元是指（）。A存放1个二进制信息位的存储元B存放1个机器字的所有存储元集合C存放1个字节的所有存储元集合D存放2个字节的所有存储元集合某机字长32位，存储容量1MB，若按字编址，它的寻址范围是（）A0—1MB0—512KBC0—56KD0—256KB用于对某个寄存器中操作数的寻址方式为（）。A直接B间接C寄存器直接D寄存器间接程序控制类的指令功能是（）。A进行算术运算和逻辑运算B进行主存与CPU之间的数据传送C进行CPU和I/O设备之间的数据传送D改变程序执行的顺序指令周期是指（）。ACPU从主存取出一条指令的时间BCPU执行一条指令的时间CCPU从主存取出一条指令加上执行一条指令的时间D时钟周期时间描述当代流行总线结构中基本概念不正确的句子是（）。A当代流行的总线不是标准总线B当代总线结构中，CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连C系统中允许有一个这样的CPU模块CRT的颜色为256色，则刷新存储器每个单元的字长是（）。A256位B16位C8位D7位发生中断请求的条件是（）。A一条指令执行结束B一次I/O操作结束C机器内部发生故障D一次DMA操作结束中断向量地址是（）。A子程序入口地址B中断服务程序入口地址C中断服务程序入口地址指示器D例行程序入口地址IEEE1394所以能实现数据传送的实时性，是因为（）。A除异步传送外，还提供同步传送方式B提高了时钟频率C除优先权仲裁外，还提供均等仲裁,紧急仲裁两种总线仲裁方式D能够进行热插拔直接映射cache的主要优点是实现简单。这种方式的主要缺点是（）。A它比其他cache映射方式价格更贵B如果使用中的2个或多个块映射到cache同一行，命中率则下降C它的存取时间大于其它cache映射方式Dcache中的块数随着主存容量增大而线性增加虚拟存储器中段页式存储管理方案的特性为（）。A空间浪费大，存储共享不易，存储保护容易，不能动态连接B空间浪费小，存储共享容易，存储保护不易，不能动态连接C空间浪费大，存储共享不易，存储保护容易，能动态连接D空间浪费小，存储共享容易，存储保护容易，能动态连接安腾处理机的指令格式中，操作数寻址采用（）。AR-R-S型BR-R-R型CR-S-S型DS-S-S型二、填空题（每小题2分，共20分）IEEE6754标准规定的64位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为11位尾数为52位。则它所能表示的最大规格化正数为（）。2直接使用西文键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，要解决汉字的（）、（）和（）三种不同用途的编码。数的真值变成机器码时有四种表示方法，即（）表示法，（）表示法，（）表示法，（）表示法。主存储器的技术指标有（），（），（），（）。cache和主存构成了（），全由（）来实现。根据通道的工作方式，通道分为（）通道和（）通道两种类型。SCSI是（）I/O标准接口，IEEE1394是（）I/O标准接口。某系统总线的一个存取周期最快为3个总线时钟周期，总线在一个总线周期中可以存取32位数据。如总线的时钟频率为8.33MHz,则总线的带宽是（）。操作系统是计算机硬件资源管理器,其主要管理功能有（）管理、（）管理和（）管理。10安腾处理机采用VLIW技术，编译器经过优化，将多条能并行执行的指令合并成一个具有（）的超长指令字,控制多个独立的（）同时工作。三、简答题（每小题8分，共16分）画图说明现代计算机系统的层次结构。简述水平型微指令和垂直型微指令的特点四、计算题（10分）CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。五、设计题（12分）某机器单字长指令为32位，共有40条指令，通用寄存器有128个，主存最大寻址空间为64M。寻址方式有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基值寻址、相对寻址六种。请设计指令格式，并做必要说明。六、证明题（12分）一条机器指令的指令周期包括取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、写回（WB）四个过程段，每个过程段1个时钟周期T完成。先段定机器指令采用以下三种方式执行：①非流水线（顺序）方式，②标量流水线方式，③超标量流水线方式。请画出三种方式的时空图，证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。七、设计题（15分）CPU的数据通路如图1所示。运算器中R〜R为通用寄存器，DR为数据缓冲寄存器，PSW为状态字寄存器。D-cache为数据存储器，I-cache为指令存储器，PC为程序计数器（具有加1功能），IR为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制信号（电位或脉冲），如LR表示读出R寄存器，SR表示写入R0000机器指令“STOR1,（R2）”实现的功能是：将寄存器R1中的数据写入到以（R2）为地址的数存单元中。请画出该存数指令周期流程图，并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。（一个CPU周期含T〜T四个时钟信号，寄存器14打入信号必须注明时钟序号）C4Ci6IRASRflRiARPCLR3SPCDRC3DBU£图1CPU的数据通路IBU£SDRSRiSARDR/WVIRWVSPSWALU/VI-cache指存D-cache数存操作控制器PSWOP地址码SIR本科生期末试卷（六）一、选择题（每小题1分，共15分）从器件角度看，计算机经历了五代变化。但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（）计算机。A并行B冯・诺依曼C智能D串行2数为某机字长32位，其中1位表示符号位。若用定点整数表示，则最小负整）。A-(231-1)B-(230-1)C-(231+1)D-(230+1)以下有关运算器的描述，）是正确的。A只做加法运算只做算术运算C算术运算与逻辑运算D只做逻辑运算EEPROM是指（）。A读写存储器只读存储器C闪速存储器电擦除可编程只读存储器5表面存储器。常用的虚拟存储系统由（）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁Acache-主存BD通用寄存器-cache主存-辅存Ccache-辅RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（）。栈顶和次栈顶B两个主存单元一个主存单元和一个通用寄存器D两个通用寄存器7当前的CPU由（）组成。A控制器B控制器、运算器、cacheC运算器、主存D控制器、ALU、主存8流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（）。A具备同等水平B不具备同等水平C小于前者D大于前者9在集中式总线仲裁中，（）方式响应时间最快。A独立请求B计数器定时查询C菊花链CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（）。A地址寄存器B指令计数器C程序计数器D指令寄存器从信息流的传输速度来看，（）系统工作效率最低。A单总线B双总线C三总线D多总线单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（）标志，以防止本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。A中断允许B中断请求C中断屏蔽DDMA请求安腾处理机的典型指令格式为（）位。A32位B64位C41位D48位下面操作中应该由特权指令完成的是（）。A设置定时器的初值B从用户模式切换到管理员模式C开定时器中断D关中断下列各项中，不属于安腾体系结构基本特征的是（）。A超长指令字B显式并行指令计算C推断执行D超线程二、填空题（每小题2分，共20分）1字符信息是符号数据，属于处理（）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（）码。按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。其中阶码E的值等于指数的真值（）加上一个固定的偏移值（）。双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（）并行技术，后者采用（）并行技术。虚拟存储器分为页式、（）式、（）式三种。安腾指令格式采用5个字段：除了操作码（OP）字段和推断字段外，还有3个7位的（）字段，它们用于指定（）2个源操作数和1个目标操作数的地址。CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（），它常用若干个（）来表示。安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器（即程序计数器）外，还有64个（）和8个（）。衡量总线性能的重要指标是（），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（）。DMA控制器按其结构，分为（）DMA控制器和（）DMA控制器。前者适用于高速设备，后者适用于慢速设备。64位处理机的两种典型体系结构是（）和（）。前者保持了与IA-32的完全兼容，后者则是一种全新的体系结构。三、简答题（每小题8分，共16分）简要总结一下，采用哪几种技术手段可以加快存储系统的访问速度？一台机器的指令系统有哪几类典型指令？列出其名称。四、证明题（10分）求证：[-y]=-[y]（mod2n+i）补补五、设计题（12分）现给定与门、或门、异或门三种芯片，其中与门、或门的延迟时间为20ms，异或门的延迟时间为60ns。⑴请写出一位全加器（FA）的真值表和逻辑表达式，画出FA的逻辑图。⑵画出32位行波进位加法器/减法器的逻辑图。注：画出最低2位和最高2位（含溢出电路）⑶计算一次加法所用的总时间。六、计算题（12分）某计算机的存储系统由cache、主存和磁盘构成。cache的访问时间为15ns；如果被访问的单元在主存中但不在cache中，需要用60ns的时间将其装入cache，然后再进行访问；如果被访问的单元不在主存中，则需要10ms的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache中并开始访问。若cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，求该系统中访问一个字的平均时间。七、计算题（15分）假设使用100台多处理机系统获得加速比80，求原计算机程序中串行部分所占的比例是多少？C隐含寻址方式D间接寻址方式本科生期末试卷（七）一、选择题（每小题1分，共15分）冯•诺依曼机工作的基本方式的特点是（）。A多指令流单数据流B按地址访问并顺序执行指令C堆栈操作D存贮器按内容选择地址在机器数（）中，零的表示形式是唯一的。A原码B补码C移码D反码在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（）来实现。A原码运算的二进制减法器B补码运算的二进制减法器C原码运算的十进制加法器D补码运算的二进制加法器某计算机字长32位，其存储容量为256MB，若按单字编址，它的寻址范围是（）。A0-64MBB0-32MBC0-32MD0-64M主存贮器和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B扩大主存贮器容量C扩大CPU中通用寄存器的数量D既扩大主存贮器容量，又扩大CPU中通用寄存器的数量单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用（）。A堆栈寻址方式B立即寻址方式同步控制是（）。A只适用于CPU控制的方式B只适用于外围设备控制的方式C由统一时序信号控制的方式D所有指令执行时间都相同的方式描述PCI总线中基本概念不正确的句子是（）。APCI总线是一个与处理器无关的高速外围设备BPCI总线的基本传输机制是猝发式传送CPCI设备一定是主设备D系统中只允许有一条PCI总线CRT的分辨率为1024X1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为（）。A512KBB1MBC256KBD2MB为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的办法是采用（）。A通用寄存器B堆栈C存储器D外存特权指令是由（）执行的机器指令。A中断程序B用户程序C操作系统核心程序DI/O程序虚拟存储技术主要解决存储器的（）问题。A速度B扩大存储容量C成本D前三者兼顾引入多道程序的目的在于（）。A充分利用CPU,减少等待CPU时间B提高实时响应速度C有利于代码共享，减少主辅存信息交换量D充分利用存储器64位双核安腾处理机采用了（）技术。A流水B时间并行C资源重复D流水+资源重复在安腾处理机中，控制推测技术主要用于解决（）问题。A中断服务B与取数指令有关的控制相关C与转移指令有关的控制相关D与存数指令有关的控制相关二、填空题（每小题2分，共20分）在计算机术语中，将ALU控制器和（）存储器合在一起称为（）。数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（）表示法，（）表示法。广泛使用的（）和（）都是半导体随机读写存储器。前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（）和（）。形成指令地址的方法称为指令寻址，通常是（）寻址，遇到转移指令时（）寻址。CPU从（）取出一条指令并执行这条指令的时间和称为（）。RISC指令系统的最大特点是：只有（）指令和（）指令访问存储器，其余指令的操作均在寄存器之间进行。微型机的标准总线，从带宽132MB/S的32位（）总线发展到64位的（）总线。IA-32表示（）公司的（）位处理机体系结构。安腾体系机构采用显示并行指令计算技术，在指令中设计了（）字段，用以指明哪些指令可以（）执行。三、简答题（每小题8分，共16分）存储系统中加入chche存储器的目的是什么？有哪些地址映射方式，各有什么特点？画出DMA传送数据流程图。四、分析题（12分）某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1，低位来的进位信号为CO,请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式：串行进位方式并行进位方式五、计算题（10分）某计算机系统的内存储器又cache和主存构成，cache的存储周期为30ns,主存的存取周期为150ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存5000次，其中400次访问主存。问：cache的命中率是多少？CPU访问内存的平均时间是多少纳秒？cache-主存系统的效率是多少？六、证明题（12分）用定量分析法说明流水处理机比非流水（顺序）处理机具有更高的吞吐率。七、设计题（15分）图1所示为双总线结构的机器，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有加1功能），M为主存（受R/W#读写信号控制），AR为主存地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU内+-控制信号决定完成何种操作信号，控制信号G控制的一个门电路。所有箭头线上的小圈表示控制信号的输入/输出点。例如R表示寄存器R的输入，R表示寄存器R的输出。未标信号的线表示直通，不受控制。11O1“ADDR2,R0”指令完成(R)+(R)-R的功能操作。画出其指令周020期流程图。若将主存M分成数存和指存两个存储器，通用寄存器R〜R的输出03直接连到x或y暂存器。请修改数据通路，画出“ADDR2,R0”指令的指令周期流程图。执行同一个ADD指令，第②种情况下机器速度提高多少倍？本科生期末试卷（八）一、选择题（每小题1分，共15分）1下列数中最小的数是（）。A（101001）B（52）C（101001）28D（233）BCD16某DRAM芯片，其存储容量为512X8位，该芯片的地址线和数据线的数目是（）。A8，512B512，8C18，8D19，8在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（）。A对程序员的训练要求来说，需要硬件知识B汇编语言对机器的依赖性高C用汇编语言编写程序的难度比高级语言小D汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢交叉存储器实质上是一种多模块存储器，它用（）方式执行多个独立的读写操作。A流水B资源重复C顺序D资源共享寄存器间接寻址方式中，操作数在（）。A通用寄存器B主存单元C程序计数器D堆栈机器指令与微指令之间的关系是（）。A用若干条微指令实现一条机器指令B用若干条机器指令实现一条微指令C用一条微指令实现一条机器指令D用一条机器指令实现一条微指令描述多媒体CPU基本概念中，不正确的是（）。A多媒体CPU是带有MMX技术的处理器BMMX是一种多媒体扩展结构CMMX指令集是一种多指令流多数据流的并行处理指令D多媒体CPU是以超标量结构为基础的CISC机器在集中式总线仲裁中，（）方式对电路故障最敏感。A菊花链B独立请求C计数器定时查询流水线中造成控制相关的原因是执行（）指令而引起。A条件转移B访内C算逻D无条件转移PCI总线是一个高带宽且与处理器无关的标准总线。下面描述中不正确的是（）。A采用同步定时协议B采用分布式仲裁策略C具有自动配置能力D适合于低成本的小系统下面陈述中，不属于外围设备三个基本组成部分的是（）。A存储介质B驱动装置C控制电路D计数器中断处理过程中，（）项是由硬件完成。A关中断B开中断C保存CPU现场D恢复CPU现场IEEE1394是一种高速串行I/O标准接口。以下选项中，（）项不属于IEEE1394的协议集。A业务层B链路层C物理层D串行总线管理下面陈述中，（）项属于存储管理部件MMU的职能。A分区式存储管理B交换技术C分页技术64位的安腾处理机设置了四类执行单元。下面陈述中，（）项不属于安腾的执行单元。A浮点执行单元B存储器执行单元C转移执行单元D定点执行单元二、填空题（每小题2分，共20分）定点32位字长的字，采用2的补码形式表示时，一个字所能表示的整数范围是（）。IEEE754标准规定的64位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为11位，尾数为52位，则它能表示的最大规格化正数为（）。浮点加、减法运算的步骤是（）、（）、（）、（）、（）。某计算机字长32位，其存储容量为64MB，若按字编址，它的存储系统的地址线至少需要（）条。一个组相联映射的Cache，有128块，每组4块，主存共有16384块，每块64个字，则主存地址共（）位，其中主存字块标记应为（）位，组地址应为（）位，Cache地址共（）位。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（）。某中断系统中，每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接收取样的数据，并将其保存到主存缓冲区内。该中断处理需要X秒。另一方面，缓冲区内每存储N个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需要Y秒，因此该系统可以跟踪到每秒（）次中断请求。在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为（）。就其所传送信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括（）、（）、（）。在虚存系统中，通常采用页表保护、段表保护和键保护方法实现（）保护。安腾体系结构采用推测技术，利用（）推测方法和（）推测方法提高指令执行的并行度。三、简答题（每小题8分，共16分）1比较水平型微指令与垂直型微指令特点。2简述安腾处理机的“分支推断”技术的基本思想。四、计算题（10分）设两个浮点数N=2j】XS,N=2j2XS，其中阶码3位（移码），尾数4位，1122数符1位。设：j=（-10）,S=（+0.1001）1212j=（+10）,S=（+0.1011）2222求：NXN，写出运算步骤及结果，积的尾数占4位，按原码阵列乘法器12计算步骤求尾数之积。五、分析题（12分）指令流水线有取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、写回寄存器堆（WB）四个过程段，共有12条指令连续输入此流水线。要求：画出流水处理的时空图，假设时钟周期100ns。求流水线的实际吞吐率（单位时间里执行完毕的指令数）。求流水CPU的加速比。六、设计题（15分）CPU的数据通路如图1所示。运算器中R〜R为通用寄存器，DR为数据缓冲寄存器，PSW为状态字寄存器。D-cache为数据存储器，I-cache为指令存储器，PC为程序计数器（具有加1功能），IR为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制信号（电位或脉冲），如LR表示读出R寄存器，SR表示写入R0000机器指令“JMP（R3）”实现的功能是：将寄存器（R3）的内容2008送到程序计数器PC,下一条指令将从指存2008号单元读出执行。JMP是无条件转移指令。画出JMP指令周期流程图，并在CPU周期外标出所需的微操作控制信号。（一个CPU周期含T〜T四个时钟信号，打入寄存器信号必须注明时钟序号）14PSWSPSWSRiDBUEClDRAVVC4IBUEIRAVVALU\J\D-cache数存I-cache指存0P地址码IR操作控制器RiARPCSARSPCDRC3七、分析题（i2分）…「一E亠，―亠、閣1CPU的数据）1路八亠亠一台单处理机米用串行程序实现A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8各矩阵（均为nXn）的累加求和运算。请画出一种计算任务优化算法图。若用4台多处理机系统实现上述矩阵的求和运算，请画出计算任务优化算法图。本科生期末试卷（九）一、选择题（每小题1分，共15分）运算器的核心功能部件是（）。A数据总线BALUC状态条件寄存器D通用寄存器某单片机字长32位，其存储容量为4MB。若按字编址，它的寻址范围是（）。A1MB4MBC4MD1MB某SRAM芯片，其容量为1MX8位，除电源和接地端外，控制端有E和R/W#，该芯片的管脚引出线数目是（）。A20B28C30D32双端口存储器所以能进行高速读/写操作，是因为采用（）。A高速芯片B新型器件C流水技术D两套相互独立的读写电路单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数以外，另一个数常需采用（）。A堆栈寻址方式B立即寻址方式C隐含寻址方式D间接寻址方式为确定下一条微指令的地址，通常采用断定方式，其基本思想是（）。A用程序计数器PC来产生后继微指令地址B用微程序计数器UPC来产生后继微指令地址C通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址D通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）。A每一条机器指令由一条微指令来执行B每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行C一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行D一条微指令由若干条机器指令组成CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（）。A地址寄存器B程序计数器C指令寄存器D通用寄存器某寄存器中的数值为指令码，只有CPU的（）才能识别它。A指令译码器B判断程序C微指令D时序信号为实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用（）。A通用寄存器B堆栈C主存D外存采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据，就要占用一个（）的时间。A指令周期B机器周期C存储周期D总线周期将IEEE1394串行标准接口与SCSI并行标准接口进行比较，指出下面陈述中不正确的项是（）。A前者数据传输率高B前者数据传送的实时性好C前者使用6芯电缆，体积小D前者不具有热插拔能力下面陈述中，不属于虚存机制要解决的问题项是（）。A调度问题B地址映射问题C替换与更新问题D扩大物理主存的存储容量和字长进程从运行状态转入就绪状态的可能原因是（）。A被选中占有处理机时间B等待某一事件发生C等待的事件已发生D时间片已用完安腾处理机的一组指令中，可以并行执行的指令是（）。AId8r1=[r3]Baddr6=r8,r9CSUBr3=r1,r4Daddr5=r3,r7二、填空题（每小题2分，共20分）计算机系统的层次结构从下至上可分为五级，即微程序设计级（或逻辑电路级）、一般机器级、操作系统级、（）级、（）级。十进制数在计算机内有两种表示形式：（）形式和（）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。一个定点数由符号位和数值域两部分组成。按小数点位置不同，定点数有（）和（）两种表示方法。对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，为了解决这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即（）、（）、（）。高级的DRAM芯片增强了基本DRAM的功能，存取周期缩短至20ns以下。举出三种高级DRAM芯片，它们是（）、（）、（）。一个较完善的指令系统，应当有（）、（）、（）、（）四大类指令。机器指令对四种类型的数据进行操作。这四种数据类型包括（）型数据、（）型数据、（）型数据、（）型数据。CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是（），指示下一条指令地址的寄存器是（），保存算术逻辑运算结果的寄存器是（）和（）。虚存系统中，通常采用页表保护、段表保护和键保护以实现（）保护。安腾体系结构采用分支推断技术，将传统的（）分支结构转变为无分支的（）代码，避免了错误预测分支而付出的代价。三、简答题（每小题8分，共16分）1为什么在计算机系统中引入DMA方式来交换数据？若使用总线周期挪用方式，DMA控制器占用总线进行数据交换期间，CPU处于何种状态？简述磁表面存储器的读/写原理。四、设计题（12分）设A=aa-aa是已知的（n+1）位的二进制原码，其中最高位为符号位，画出原码转换为补码的逻辑电路图（只画出最低4位）。五、计算题（10分）已知cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，cache/主存系统平均访问时间为50ns，求cache的命中率是多少？六、分析题（12分）已知浮点加法流水线由阶码比较、对阶、尾数相加、规格化四个流水段组成，每段所需的时间（包括缓冲寄存器时间）分别为30ns、25ns、55ns、50ns。请画出该流水线的时空图，并计算加速比。七、设计题（15分）图1所示为传送（MOV，OP码IRIR00）、加法（ADD，OP码IRIR01）、取反（COM，OP码IRIR10）、十进制加法（ADT，OP码IRIR11）四条指令的微程序流程图，每一框表示一个CPU周期。其中「一为8个通用寄存器R〜R?，每个CPU周期含4个时钟脉冲T〜T。S°14设微指令的微命令字段为12位，判别字段和下址字段是多少位？控制存储器E2PROM存储容量至少是多少？给每条微指令分配一个确定的微地址（二进制编码表示）。写出微地址转移逻辑表达式和转移逻辑图。⑤画出微程序控制器结构图。rdCj=lCj=O图MOV(OO)ADD(ll)ADD(Ol)COM(IO)訂卄fdRj—RLR?R.2+^-3-^^-2Lra取指令本科生期末试卷（十）一、选择题（每小题1分，共15分）1某机字长64位，1位符号位，63位表示尾数，若用定点整数表示，则最大正整数位（）。A+（263-1）B+（264-1）C-（263-1）D-（264-1）2请从下面浮点运算器中的描述中选出两个描述正确的句子（）。A浮点运算器可用两个松散连接的定点运算部件一阶码和尾数部件来实现。B阶码部件可实现加，减，乘，除四种运算。C阶码部件只进行阶码相加，相减和比较操作。D尾数部件只进行乘法和除法运算。存储单元是指（）。A存放1个二进制信息位的存储元B存放1个机器字的所有存储元集合C存放1个字节的所有存储元集合D存放2个字节的所有存储元集合某机字长32位，存储容量1MB，若按字编址，它的寻址范围是（）。A0—1MB0—512KBC0—56KD0—256KB用于对某个寄存器中操作数的寻址方式为（）。A直接B间接C寄存器直接D寄存器间接程序控制类的指令功能是（）。A进行算术运算和逻辑运算B进行主存与CPU之间的