2021年北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《計(jì)算機(jī)組成原理》科目期末試卷A（有答案）一、選擇題1、某計(jì)算機(jī)有16個通用寄存器，采用32位定長指令字，操作碼字段（含尋址方式位）8位，Store指令的源操作數(shù)和目的操作數(shù)分別采用寄存器直接尋址和基址尋址方式。Store值范圍是（）。A.-32768~+32767 B.-32767~+32768C.-65536~+65535 2、某指令系統(tǒng)有200條指令，對操作碼采用固定長度二進(jìn)制編碼時，最少需要用（）A.4 B.8 C.16 D.323、在C語言程序中，下列表達(dá)式中值為True的有（）。I.123456789=（int）（float）l23456789Ⅱ.123456==（int）（float）1234561Ⅲ.123456789-（int（double）123456789A.僅IⅡ B.僅I、Ⅲ 僅ⅡⅢ D.、Ⅱ、Ⅲ4、下列關(guān)于定點(diǎn)數(shù)原碼一位乘算法的描述正確的是（）。I.符號位不參加運(yùn)算，根據(jù)數(shù)值位的乘法運(yùn)算結(jié)果確定結(jié)果的符號位II.在原碼一位乘算法過程中，所有移位均是算術(shù)移位操作Ⅲ.假設(shè)兩個n位數(shù)進(jìn)行原碼一位乘，部分積至少需要使用n位奇存器A.II，IIIC.只有IIIB.只有ⅢD.全錯5、某字長為8位的計(jì)算機(jī)中，已知整型變量x、y的機(jī)器數(shù)分別為[x]

補(bǔ)

=l0110000。若整型變量z=2x+y/2，則z的機(jī)器數(shù)為（）。補(bǔ)A.11000000 B.00100100 C.10101010 溢出6ROMRAMlK×8位ROMlK×4RAM4K×8ROM1K×8RAM存儲系統(tǒng)，按先ROM后RAM進(jìn)行編址。采用3-8譯碼器選片，譯碼信號輸出信號為Y0~Y7，其中Y4選擇的是（）。A.第一片ROM B.第五片ROMC.第一片RAM第一片RAM和第二片RAM7、存儲器采用部分譯碼法片選時，（）。不需要地址譯碼器C.會產(chǎn)生地址重疊D.CPU的地址線全參與譯碼8、（）可區(qū)分存儲單元中在放的是指令還是數(shù)據(jù)。A.存儲器運(yùn)算 C.用戶 控制9、CPU中的譯碼器要用（）。A.地址譯碼人指令譯碼 C.數(shù)據(jù)譯碼1 D.控制信號譯碼10、為協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的工作，需要一種器件來提供統(tǒng)一的時鐘標(biāo)準(zhǔn)，這個器件，是（）。A.總線緩沖器B.總線控制器C.時鐘發(fā)生器D.以上器件都具備這種功能11、下列關(guān)于總線仲裁方式的說法中，正確的有（）。獨(dú)立請求方式響應(yīng)時間最快，是以增加處理器開銷和增加控制線數(shù)為代價的計(jì)數(shù)器定時查詢方式下，有，根總線請求0開始，則設(shè)備號小的優(yōu)先級高鏈?zhǔn)讲樵兎绞綄﹄娐饭收献蠲舾蟹植际街俨每刂七壿嫹稚⒃诳偩€各部件中，不需要中央仲裁A.III，IV B.I，III，IV C.I，II，IV D.II，III，IV12、下列不屬于微指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)是（）。A.提高微程序的執(zhí)行速度B.C.縮短微指令的長度D.增大控制存儲器的容量13、在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，CPU內(nèi)部包括程序計(jì)數(shù)器（PC）、存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）、指令寄存器（IR）和存儲器地址寄存器（MAR）等。若CPU要執(zhí)行的指令為MOVRO，#100（即將數(shù)值100傳送到寄存器R0中），則CPU首先要完成的操作是（）。A.100RO B.100→MDR C.PC→MAR D.PC→IR1410000r/min6ms20MB/s，0.2ms4KB的扇區(qū)所需平均時間約為（）。9ms B.9.4ms C.12ms D.12.4ms15、為提高存儲器的存取效率，在安排磁盤上信息分布時，通常是（）.A.存滿一面，再存另一面C.盡量將同一文件存放在不同面的同一磁道上D.上述方法均有效二、填空題16、主存儲器的性能指標(biāo)主要是存儲容量、存取時間和 17、多媒體CPU是帶技術(shù)的處理器。它是一技術(shù)，特別適合于圖數(shù)據(jù)處理。18、閃速存儲器能提供高性能、低功耗、高可靠性以能力，因此作于便攜式電腦中。19、虛擬存儲器指的層次，它給用戶提供了一個比實(shí)空間大的多 空間。20、多個用戶共享主存時，系統(tǒng)應(yīng)提。通常采用的方法保護(hù)和 保護(hù)，并用硬件來實(shí)現(xiàn)。21、計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩大類：一類，另一類操作系統(tǒng)屬類22、尋址方式按操作數(shù)的物理位置不同，多使型和 型，前者比后者行速度快。23、PCI總線是當(dāng)前流行的總線。它是一個且與 無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)總線。24、PCI總線采仲裁方式，每一個PCI設(shè)備都有獨(dú)立的總線請求和總線授權(quán)兩信號線與 相連。25、主存儲器容量通常以KB表示，其中K= ；硬盤容量通常以GB表示，其中G= 三、名詞解釋題26、指令編碼：27、鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑ň栈ㄦ湻绞剑?、?shù)據(jù)：、中斷：四、簡答題30、什么是閃速存儲器？它有哪些特點(diǎn)？31、寬體存儲器有什么特點(diǎn)？32、試比較程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式對CPU工作效率的影響。33、請說明SRAM的組成結(jié)構(gòu)，與SRAM相比，DRAM在電路組成上有什么不同之處？五、計(jì)算題34、設(shè)某機(jī)主存容量為16MB，Cache的容量為8KB，且按字節(jié)編址。每字塊8個字，每字32位。設(shè)計(jì)一個4路組相聯(lián)映射的Cache組織。畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。設(shè)Cache初態(tài)為空，CPU依次從主存0，1，2，…，99100個字（主存一次讀出一個字），并重復(fù)此次序10次，問命中率是多少？若Cache5倍，試問有Cache和無Cache相比，速度提高多少倍？系統(tǒng)的效率是多少？35、一個16K×16位的存儲器，有l(wèi)K×4位的DRAM芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64×64構(gòu)成，試問：采用異步刷新方式，如果最大刷新間隔為2ms間隔是多少？如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用多少個存儲周期？設(shè)存儲器的存儲周期為0.5us，“死區(qū)”占多少時間？“死時間率”為多少（期為2ms）？36、已知有效信息位為1100，試用生成多項(xiàng)式G（x）=101l將其編成CRC碼。六、綜合題37、一個程序員在一臺字長為32位的計(jì)算機(jī)上，寫出下面的代碼，從計(jì)算機(jī)計(jì)算能力是否充分利用的角度來看，該代碼是否高效，如果高效請說明原因，如果還有缺點(diǎn)請指出，并提出解決方法并附上改進(jìn)后的代碼。（char為8位存儲空間，int為32位存儲空間）intcompare（char*A，char*B）if（A==B）returnstrlen（A）；intlen，i；if（strlen（A）>strlen（B））1en=strlen（A）；else1en=strlen（B）；for（i=0；i<len&&A[i]=B[i]；i++）；returni；38、在按字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)M上，fl的部分源程序（陰影部分）與對應(yīng)的機(jī)器級代碼（包括指令的虛擬地址）如下：其中，機(jī)器級代碼包括行號、虛擬地址、機(jī)器指令和匯編指令。請回答下列問題計(jì)算機(jī)M是RISC還是CISC，為什么？fl的機(jī)器指令代碼共占多少字節(jié)，要求給出計(jì)算過程。第20條指令cmp通過i減n-1實(shí)現(xiàn)對in-l的比較。執(zhí)行fl（0）過程中，當(dāng)i=0時，cmp指令執(zhí)行后，進(jìn)/借位標(biāo)志CF的內(nèi)容是什么？要求給出計(jì)算過程。第23條指令shlpower*2運(yùn)算，在f2shl指令實(shí)現(xiàn)power*2運(yùn)算？為什么？39、某16位計(jì)算機(jī)中，帶符號整數(shù)用補(bǔ)碼表示，數(shù)據(jù)Cache和指令Cache分離。表5-6給出了指令系統(tǒng)中部分指令格式，其中Rs和Rd表示寄存器，mem表示存儲單元地址，（x）表示寄存器x或存儲單元x的內(nèi)容。該計(jì)算機(jī)采用5段流水方式執(zhí)行指令，各流水段分別是取指IF、譯碼/讀寄存器ID、執(zhí)行/計(jì)算有效地址EX、訪問存儲器M、結(jié)果寫回寄存器WB，流水線采用“按序發(fā)射，按序完成”方式，沒有采用轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)處理數(shù)據(jù)相關(guān)，并且同一寄存器的讀和寫操作不能在同一個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行。請回答下列問題。若int型變量x-513RI中，則執(zhí)行指令"SHRRI”后，R1的內(nèi)容是多少？要求用十六進(jìn)制表示。若某個時間段中，有連續(xù)的4條指令進(jìn)入流水線，在其執(zhí)行過程中沒有發(fā)生任何指令段阻塞，則執(zhí)行這4條指令所需的時鐘周期數(shù)為多少？3）x=a+b.x、abint型變量，它們的存儲單元地址分別為[x]、[a]和[b]。該語句對應(yīng)的指令序列如下，其在指令流水線中的執(zhí)行過程見表這4條指令執(zhí)行過程中，13的ID段和14的IF段被阻塞的原因各是什么？4）若高級語言程序中某賦值語句為x=2*x+a，x和a均為unsignedint型變量，它們的存儲單元地址分別表示為[xJ、[a]。執(zhí)行這條語句至少需要多少個時鐘周期？要求模仿表畫出這條語句對應(yīng)的指令序列及其在流水線中的執(zhí)行過程示意圖。參考答案一、選擇題、A、B、C、D、A、D、C、D9、B、C、B、D、C、B、C二、填空題16、存儲周期存儲器帶寬17、MMX 多媒體擴(kuò)展結(jié)構(gòu)18、瞬時啟動固態(tài)盤19、主存--外存主存虛擬地址20、存儲保護(hù)存儲區(qū)域訪問方式21、系統(tǒng)程序應(yīng)用程序系統(tǒng)程序22、RRRS23、帶寬處理器24、集中式中央仲裁器25、210 230三、名詞解釋題26、指令編碼：將指令分成操作碼和操作數(shù)地址碼的幾個字段來編碼.27、鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑ň栈ㄦ湻绞剑焊髟O(shè)備間。、數(shù)據(jù)：編碼形式的各種信息，在計(jì)算機(jī)中作為程序的操作對象。29、中斷：是一種在發(fā)生了一個外部的事件時調(diào)用相應(yīng)的處理程序的過程。四、簡答題30、答：閃速存儲器是高密度、非易失性的讀/寫半導(dǎo)體存儲器。從原理上看，它屬于ROM型存儲器，但是它又可隨機(jī)改寫信息；從功能上看，它又相當(dāng)于RAM，所以傳統(tǒng)ROM與RAM的定義和劃分已失去意義。因而它是一種全新的存儲器技術(shù)。閃速存儲器的特點(diǎn)：（1）固有的非易失性，（2）廉價的高密度，（3）可直接執(zhí)行，.31、答：.寬體存儲器將存儲的位數(shù)擴(kuò)到多個字的寬度，訪問存儲器時可以同時對多個字進(jìn)行訪問，從而提高數(shù)據(jù)的吞吐率。32CPUI/0工作效率不高程序中CPUDMACPU的資源利用率，33、答：SRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、地址譯碼電路、控制電路組成，DRAM還需要有動態(tài)刷新電路。五、計(jì)算題34、解析：主存地址字段如圖所示。由于CacheCPU讀0號單元時不命中，必須訪存，同時將該字所在的主存塊調(diào)入Cache（調(diào)入內(nèi)存一定是一整塊調(diào)入，而一塊包括8個單接著CPU讀1~7號單元均命中。同理，CPU讀8，16，…，96號單元均不命中?？梢姡珻PU在連續(xù)讀100個字中共有139次循環(huán)讀100個字全部命中，命中率為100×10?13×100%=98.7%100×105t，Cache的存儲周期為t，沒有Cache的訪問時間是5t×l000，有Cachet×（1000-13）+5t×13，則有Cache和無Cache相比，速度提高的倍數(shù)為

5??×1000 ?1=3.75??(1000?13)+5??×13?? ×100%=0.987??+(1?0.987)×5??35、解析：不論采用何種刷新方式，刷新都是從單個芯片的存儲容量著手。采用異步刷新方式，在2ms時間內(nèi)把芯片的64新間隔=2ms/64=31.25??s，可取的刷新間隔為31??s。如果采用集中刷新方式，則存儲器刷新一遍最少用64的存儲周期為0.5??s，則“死區(qū)”=0.5??s×64=32??s，“死時間率”=32??s/2000??s×100%=l.6%。36、解析：有效信息M（x）=1100=x3+x2，可知n=4。G（x）=1011=x3+x+1。由于G（x）為k+1位，可知k=3。故將有效信息左移3位后再被G（x）模2除，即M（x）×x3=1100000=x6+x5M(??)???3 1100000 010→??(??)??(??) =

1011

=1110+

1011因此M（x）?x3+R(x)=1100000+010=1100010即為CRC碼。六、綜合題37、解析：本函數(shù)最主要的操作就是A[]=B]，但由于A]和B]都是char類型的，故每次用32位的運(yùn)算器來進(jìn)行char變量的比較，都是將char變量轉(zhuǎn)換為int類型后進(jìn)行比較的。這其實(shí)浪費(fèi)了運(yùn)算器3/4的運(yùn)算能力。所以改進(jìn)方法就是，一次比較連續(xù)的4個char變量，代碼如intcompare（char*a，char*B）if（A==B）returnstrlen（A）；int*a，*b；char*al，*b1；a=（int*）A；b=（int*）B；while（*a++==*b++）；a1=（char*）--a；b1=(char*)--b;while(*al++==*b1++);--b1;returnb1-B;}38、解析：M為CISC。M的指令長短不一，不符合RISC指令系統(tǒng)特點(diǎn)。fl96B。因?yàn)閒l的第一條指令pushebp所在的虛擬地址為00401020H，最后一條指令ret所在的虛擬地址為0040107FH，所以，l的機(jī)器代碼長度為0040107FH-00401020H=60H=96B。CF=1。cmp指令實(shí)現(xiàn)i與n-l的比較功能，進(jìn)行的是減法運(yùn)算。在執(zhí)行fl（0）過程中，n=0，當(dāng)i=0時，i=00000000H，并且n-1=FFFFFFFFH。因此當(dāng)執(zhí)行第20條指令時，在補(bǔ)碼加/減運(yùn)算中執(zhí)行“0減FFFFFFFFH”的操作，即00000000H+00000000H+1=00000001H，此時進(jìn)位輸出C=0，減法運(yùn)算的借位標(biāo)志CF=C田1=1。f2中不能用shlpower*2。因?yàn)閟hl指令用來將一個整數(shù)的所有有效數(shù)位作為一個整體左移，而f2中的變量power是float型，其機(jī)器數(shù)中不包含最高有效數(shù)位，但包含了階碼部分，將其作為一個整體左移時并不能實(shí)現(xiàn)“乘2”的功能。因而f2中不能用shl指令實(shí)現(xiàn)power*2。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比整型運(yùn)算要復(fù)雜，耗時也較長。39、解析：1）x的值為-513，可求得[