计算机组成原理

一选择题1*151、根据计算机系统的多层次结构，可以将计算机系统分为虚机器和实机器，其中属于实机器层次的是（）A高级语言层B微程序机器层C汇编语言层D操作系统层2、完整的计算机系统包括两大部分，它们是（）A主机和外设B运算器与控制器C硬件和软件D硬件与操作系统3、在各种码制中，“0”具有唯一表示的方式是（）A远吗和补码B原码和反码C移码和补码D移码和原码4、假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用奇校验的编码是（）A10011110B11010100C01011001D101111105、浮点数的精度取决于（）A阶码的位数B尾数的位数C阶码采用的编码D尾数采用的编码6、在具有Cache的存储结构中，每个主存储器的块可以映射到Cache中任意一块的方式称为（）A组相连B直接相连C间接相连D全相连8、下列几项中，不符合RISC指令系统的特点是A指令长度固定，指令种类少B寻址方式种类尽量多，指令功能尽可能强C增加寄存器的数目，以尽量减少访存次数D选取使用频率最高的一些简单指令以及很有用但不复杂的指令9、在下列选项中，能引起外部中断的事件是（）A打印机输出B除数为0C浮点运算下溢D陷阱指令二填空题1*101、根据计算机硬件与软件的关系，软件和硬件在逻辑功能上可以是等效的。2、常用的数据校验码有奇偶校验码、海明校验码和循环冗余校验码。3、实现两个浮点数的加减运算，一般需要对阶、尾数加/减、结果规格化和尾数舍入等4个步骤。4、动态存储器的刷新方法常用的有集中刷新、分散刷新和异步刷新三种。5、对于SRAM、DRAM和EEPROM芯片而言，需要定时刷新的存储芯片是SRAM。6、控制器的同步时序控制方式分为周期、节拍和脉冲三种。7、DMA传送方法有CPU停止法、交替访问内存和周期挪用法等三种。三判断题1*51、算数右移指令执行的操作是：符号位保持不变，符号位连同数值位各位按位右移，最低位向右移出，移出位可保存到进位状态寄存器C中。（√）符号位不变，并顺次右移1位，最低位移到进位标志位2、在存储器层次结构中，在CPU和主存之间采用Cache的目的是增加主存容量，提高访存速度。（×）解决CPU与内存之间的速度匹配问题3、相对于微程序控制器，组合逻辑控制器的特点是指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易。（×）微程序控制器的设计思想和组合逻辑设计思想截然不同。它具有设计规整，调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计4、CPU响应中断后，需要进行的第一项操作是关中断。（×）四计算题（三题共20分）1.已知某机浮点数表示格式如下（8分）1110650其中，浮点尾数和阶码的基值均为2，阶码和尾数军用补码表示。设有两个十进制数X=0.875x2^13，Y=-0.625x2^12（1）请写出X和Y的机器数形式（1）清按浮点加减法的运算规则计算[X+Y]的结果（要求写出详细运算步骤）2.已知CPU共有数据总线位D7~D0，欲组成32KB的内存（1）需要多少根地址线？（1分）（2）若使用4Kx4bit的芯片组成内存，则需要多少片？（1分）（3）分成几组？每组几片？（2分）（4）片内地址线需要几根？（1分）（5）那几根组成CS的译码？（1分）数符阶码尾数2.已知CPU共有A15-A0（16根地址线），D0-D7（8根数据线）。欲组成4KB的内存问：(1)需要多少根地址线？答：需要地址线12根：4K=2的12次方，故需12根地址线(2)若使用1Kx4bitde芯片数：需要多少片答：4K*8/1K*4=8片(3)分成几组，每组几片答：分成4组，每组两片(4)片内地址线需要几根答：片内地址线：1k=2的10次方，所以需要10根(5)哪几根组成CS的译码？（1分）答：A10~A11组成CS的译码(6)画出连接逻辑图3.设某机字长位26位，CPU有16个26位通用寄存器，有6中寻址方式包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址等，采用R-S型单字长指令格式，共有62条指令。试问：（1）该机直接寻址的最大存储空间为多少？（2分）（2）若采用间接寻址，则可寻址的最大存储空间为多少？（2分）（3）若立即数为带符号的补码整数，试写出立即数范围。（2分）3.设某机字长为32位，CPU有32个32位通用寄存器，有8种寻址方式包括直接寻址，间接寻址、立即寻址、变址寻址等，采用R—S型单字长指令格式。共有120条指令，试问：（1）该机直接寻址的最大存储空间为多少？（2）若采用间接寻址，则可寻址的最大存储空间为多少？如果采用变址寻址呢？（3）若立即数为带符号的补码整数，试写出立即数范围。答：（1）120条指令，指令操作码占7位；8种寻址方式，占3位；32个通用寄存器，占5位；指令剩余长度为：32－7－3－5＝17。该机直接寻址的最大存储空间为217（2）间接寻址可寻址的最大存储空间为：232＝4G。变址寻址可寻址的最大存储空间为：232＝4G。（3）立即数范围：－216～＋216－1。4.某机采用微程序控制方式，微指令字长25位，采用分组译码方法表示不同微命令，后组微指令地址采用断定方式。共有微命令30个，构成4个互斥类，各包含5个、8个、14个和3个微命令，控制微程序转移的条件有3个，每个条件占1位(由测试字段表示)(1)4个互斤类控制宇段分别用几位二进制数编码?答：4个互斥类控制字段分别用3、4、4和2位，共13位。(2)设计出微指令的具体格式。答：下地址字段=25-13-3=9位，微指令的具体格式:操作控制字段13位+测试字段3位+下地址字段9位。(3)控制存储器的容量应为多少?答:控制存储器的容量:512*25位5.某磁盘组有8个记录面，每面有256个磁道，每个磁道分为16个扇区，每个扇区包括512字节，已知磁盘内磁道直径为10英寸，外磁道直径为18英寸，转速为100转/秒，试计算下列参数。(本小题8分)。(1)该磁盘组最大存储容量(MB)(2分)该碰盘组最大存储容量是:16MBB224512B162568=BSTn=C(2)该磁盘组最大密度(bpi,只取整数)(2分)最大位密度:)分(22087bpi位/英寸2087=8/1051216π(3)该磁盘组道密度(tpi)(2分)磁道密度256/(18/2-10/2)=256/4=64道/英寸=64tpi(2分)(4)该磁盘的数据传输率(KB/S)数据转输率：Dr=800KB/s891200B/s/sbit55360061008125165.磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm,外径33cm,道密度为40道/cm,内层位密度400位/cm，转速2400转/分，平均寻道时间为10ms问:(1)共有多少柱面?答：有效存储区域=16.5-11=-5.5(cm)因为道密度=40道/cm，所以共有405.5=220道，即220个圆柱面。(2)盘组总存储容量是多少?答：内层磁道周长为2πR=231411=69.08(cm)每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B每面信息量=3454B220=759880B盘组总容量=759880B10=7598800B(3)数据传输率多少?答：磁盘数据传输率Dr=r*N，N为每条磁道容量，N=3454B，r为磁盘转速R=2400转/60秒=40转/秒Dr=40*3454B=13816B/S(4)平均寻址时间是多少?(5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?答：同一个柱面，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。6.某机采用微程序控制方式，伪指令字长25位，采用分组译码方法表示不同的微命令。后继微指令地址采用断定方式，共有微命令30个，构成4个互斥类，个包含5个，8个，14个，和3个微命令，控制微程序转移的条件有3个每个条件占1位（由测试字段表示）（1）4个互斥类字段控制字段分别用几位二进制数编码（2）设计出微指令的具体格式（3）控制存储器的容量应为多少答：（1）4个互斥类字段控制字段分别用3、4、4和2位，一共13位（2）下地址字段=23-13=9位微指令的具体格式：操作控制字段13位+测试字段3位+下地址字段9位（3）制存储器的容量应为512*25位五简答题（3题共20分）1、简述冯·诺依曼计算机的基本思想（包含哪三个方面）（6分）答：冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面：1)计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。2)采用二进制形式表示数据和指令。3)采用存储程序方式。2、CPU中有哪几个最主要的寄存器？他们的主要作用是什么？（6分）(1)指令寄存器IR：指令寄存器用于存放当前正在执行的指令。当指令从主存取出后，经MDR传送到指令寄存器中，以便实现对一条指令执行的全部过程的控制。(2)程序计数器PC：程序计数器又称指令计数器、指令地址寄存器，用于保证程序按规定的序列正确运行，并提供将要执行指令的指令地址。(3)累加寄存器AC：用于暂存操作数据和操作结果。(4)程序状态寄存器PSR：用于以存放程序的工作状态（如管态、目态等）和指令执行的结果特征（如ALU运算的结果为零、结果为负、结果溢出等），把它所存放的内容称为程序状态字（PSW）。PSW表明了系统的基本状态，是控制程序执行的重要依据。(5)地址寄存器MAR：用于存放所要访问的主存单元的地址。它可以接受来自PC的指令地址，或接受来自地址形成部件的操作数地址。(6)数据缓冲寄存器MDR（或MBR）：用于存放向主存写入的信息或从主存中读出的信息。六设计应用题（三题共30分）1.已知某微程序控制器结构和水平微指令（也就是直接编码法）格式如下（图中MAR微地址寄存器；MIR微指令寄存器；IR指令寄存器），请回答下列问题（10分）（1）该微程序控制器采用什么方式确定后继微指令的地址的？答：采用下地址方式（或断定法）确定的（2）该微指令可产生多少种微命令？答：可产生90种（3）需要多大容量（以位算）的控制存储器？答：需要2^8x(8+2+90)=2^8x100位的控制存储器2.某计算机中断系统中有5个中断源P1,P2,P3,P4,P5,中断源P1的优先级最高P2、P3、P4、P5优先级一次降低（10分）（1）在COU执行某用户程序过程中，P3发出了中断请求，但在中断源P3的中断服务程序中，对各中断源发出了新的屏蔽吗，日表一所示（其中‘1’表示屏蔽中断）中断处理程序级别中断屏蔽位1级2级3级4级5级第三级11111请问在CPU执行P3的中断服务程序时，能否响应中断源P1的中断请求？（2分）（2）如果要求CPU执行P3的中断程序时，能够响应中断源P4、P5的中断请求，而不响应其他中断的中断请求，请给出执行P3的中断服务程序时序发出得中断屏蔽码（3分）（3）设中断源P1、P2、P3、P4、P5的编码为0001~0101，系统中断向量表的起始地址为1000H向量表内容按中断源的编号顺序排列。请根据图2给出的中断向量表，写出中断源编码与中断向量地址之间的关系（3分）地址中断向量表1000H1002H1004H1006H1008H（4）当CPU响应中断源P3的中断请求时，其所对应的中断服务程序入口地址是多少？（2分）3.已知某8位机的主存采用半导体存储器，总容量由8Kx8位的ROM芯片和16Kx8位的RAM芯片构成，假设ROM芯片CS和OE信号控制端，RAM芯片有CS和WE信号控制端；CPU地址总线位16根（A15~A0），数据总线位8根（D7~D0）,读写控制信号为R/W（高电平为读，低电平为写）。要求：（1）使用8Kx8位的ROM芯片和8Kx4位的RAM芯片组成（2）8KBROM地址空间设计在2000H~3FFF好，16KBRAM空间地址设计在4000H~5FFFH和8000H~9FFFH之间；请画出主存芯片与CPU的连续逻辑图，并指出每个芯片的地址空间。（说明：若能用文字解释清楚也可得分）（10分）4.某计算机的中断系统中断处理次序屏蔽码如下，屏蔽码为1