计算机组成原理补充题
判断题
1．磁盘机存储中如果文件长度超过磁道容量，会将其放在同一个记录面上。 （× ）
2．随机存储存储器的访问时间与存储位置有关。（√ ） 7.保存当前正在执行的指令的寄存器是指令寄存器。 8．计算机通常使用 程序计数器 来指定指令的地址。
9．建立Cache的理论依据是程序访问的局部性 。 10．磁盘上访问信息的最小物理单位是 扇区 。
3．微程序控制器中，一条机器指令对应于一个微程序。（√ ）
4．任何指令的执行可以由硬件来实现，也可以由软件来完成。 （√ ） 5．．通常单级中断系统可实现中断嵌套。 （× ） 6.
RR、RS及SS型指令中，SS型指令的执行速度最慢。（√ ）
7. 如果x=－0.10111，y=－0.11101则其和存在溢出。 （× ） 填空题
1. 流水CPU中可能造成“断流” 的主要原因是存在数据相关、资源相关和控制相关。
2．双端口存储器和多模块交叉存储器均为并行存储器结构，前者采用空间并行技术，后者采用时间并行技术。
3. 集中式仲裁通常可采用优先（级）策略或公平策略选择下一个总线主设备。 4. CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫指令周期，它通常包含若干个 机器周期，而后者有包含有若干个时钟周期。
5．冯.诺依曼型计算机的工作原理为：存储程序、并按地址顺序执行。 6．指令的寻址方式包括顺序寻址和跳跃寻址两种方式。
11.计算机系统是由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由 微程序级、一 般机器级 、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成。 12.要组成片内先行进位，片间先行进位的十六位运算器，需要4片181和1片182. 13.一般来讲，取指周期从内存读出的信息流是 控制流 ，它流向控制器； 而在执行周期从内存读出的信息流是数据流 ，它由内存流向运算器。单选题 1．中断处理过程中，由硬件完成的操作是 。 A．关中断 B．开中断 C．保存CPU现场 D．恢复CPU现场 2．由四片74181ALU构成的十六位运算器，具有如下进位传递功能： 。A．行波进位 B．片内先行进位，片间行波进位 C．片内行波进位，片间先行进位
D．片内先行进位，片间先行进位
3．就取得操作数的速度而言，下列寻址方式中速度最快的是 。 A．直接寻址 B．相对寻址 C．立即寻址 D．间接寻址
4．某计算机的指令流水线由四个功能段组成，指令流经各功能段的时间分别为90ns、80ns、70ns和60ns，若各段的缓存时间为10ns，则该计算机的时钟周期至少是______。
A．90ns
B． 60ns C．70ns D．100ns 5.某计算机主存容量为64KB，其中ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址。现用2K*8位ROM芯片和4K*4位的RAM芯片来设计，问所需的ROM与RAM芯片的片数分别是______。
A． 1、15 B．2、30 C．2、15 D．1、30
6.在计算机中，存放微指令的控制存储器隶属于 ______ 。 A．CPU B． 高速缓存 C． 内存储器 D．外存
7.在集中式总线仲裁中，响应时间最快的方式是 ______ 。 A．计数器定时查询 B．菊花链式排队 C．独立请求 D．一样快 分析计算题
主要涉及变形补码运算及溢出判断（P.29例17、18），数据相关性分析（P.172例4，P.180例5、P.184T16），二维多级中断系统的分析(P.249例1、P.269T6、T10)，寻址方式及其有效地址的计算(P.129例4、P.137T6)，Cache的指标计算（P.92例6、P.112T9、T10）及Cache的映射分析（P.96例7-例9P.112T13、T114、T15）等。
1.已知x=0.11011，y=－0.10001，用变形补码计算x+y，并指出结果是否溢出。 无溢出
2. 说明以下组指令分别存在哪种类型的数据相关？
I3 LAD R1，MEM ；MEM→R1，MEM是存储单元
I4 ADD R1，R2 ；（R1）+（R2）→R1
RAW（写后读）、WAW（写后写）
3.参考下图所示的二维中断系统（IM=1为屏蔽）。问：
（1）CPU执行设备E时，IM2，IM1，IM0的状态是什么？
（2）说明二维中断系统中不同优先级之间和同一优先级内部分别采用什么中断请求与响应方式。
(3) 如果图示优先级颠倒，变为2级最低，0级最高，CPU执行设备G时，IM2，IM1，IM0的状态是什么？
4.已知Cache存贮周期40ns,主存存贮周期200ns,Cache/主存系统平均访问时间为50ns,求Cache的命中率是多少
解：因为平均访问时间ta=h*tc+(1-h)*tm， 故命中率 h=(ta-tm)/(tc-tn)=(50-200)/(40-200)=93.75% 5、某计算机存储器按字寻址，设主存容量为512K字，Cache容量为16K字，每块有16个字。
⑴若Cache采用直接映射方式，请给出主存地址字段中各段的位数。 ⑵若Cache采用四路组相联映射，请给出主存地址字段中各段的位数 （1）主存地址位数为log2512K=19位;
主存的块数（行数）512K/16=32K， 2s=32K=215，故s=15 由于每块包含16字，故字地址: w=log216=4位 Cache容量为16K字，每块有16个字， Cache有16K字/16字=1K个块（行），故行地址位数: r=log21K=10位 主存行标记位数
18 s-r=15-10=514 位
13 4 3 0 标记s-r 行r 字w （2）Cache容量为16K字，每块有16个字， Cache采用四路组相联，Cache有16K字/16字/4=256个组，故组地址位数: d=log2256=8位 主存行标记位数 s-d=15-8=7位
18
12 11
4 3
0
标记s-d 组号d 字号w
3．一个组相联映射的Cache，有128行，每组4行，主存共有16384 (16K) 块，每块64个字，则主存地址共需多少位？其中主存字块标记、组地址及块内地址各多少位？ 解： 主存的块数=2s=16K=214，故s=14
主存容量为16384(16K)*64=214*26 =220 (字)=1M 故主存地址位数为log21M=20位
由于每块包含64字，故块内字地址: w=log264=6位 由于Cache含128行，每组4行，故有128/4=32组，则组地址位数：d=log232=5位
主存字块标记位数: s-d =14-5=9位
19 11 10 6 5 0 标记s-d 组号d 字号w 综合题 主要涉及存储器扩展分析（P.111T1、T2、T4、T7）、微指令格式分析
（P.183T6、T11）、磁盘存储器的相关指标计算（P.217例1、P.233T6、T7、T8、T10）等。
已知某机采用微程序控制方式，其存储器容量为2048×32（位），微程序在整个控制存储器中实现转移，微指令格式如图所示：微指令采用水平型格式，顺序控制采用断定方式，操作控制字段采用直接控制和字段分段直接编码，，其中有6个微命令采用直接控制方式，其余24个微命令采用分段编码控制方式，若其包含3组互斥微命令，每组微命令个数分别为 6个、8个、12个。请计算微指令格式中的操作控制、判别测试和下地址三个字段各应多少位？ 直接控制 编码控制 测试字段 下地址字段 操作控制 顺序控制
2、CPU有16条地址线，8条数据线。现用4个4k*8位芯片组成一个16KB
的存储器，试分析地址0AFFH单元所在芯片覆盖的区域地址范围是多少。
解： 地址3F00H的二进制形式为：
A15 A14 A13 A 12 A11 A10 A9 A8 A7 A6A5A4A3A2A1 A0
0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
4KB芯片采用12条地址线完成地址表示，即占用 A11A10 A9 A8 A7
A6A5A4A3A2A1 A0 故0AFFH所在芯片的片间地址为A15 A14A13 A 12 =0000 其覆盖区域应为片内地址全0至全1的变化范围，即：0000H～FFFH。 A15 A14 A13 A 12 A11 A10 A9 A8 A7 A6A5A4A3A2A1 A0
0 0 0 0 0 0 … 0
0 0 0 0 1 1 … 1
3. CPU有16条地址线，8条数据线。现用4个4k*8位芯片组成一个16KB
的存储器， 试分析地址3F00H单元所在芯片覆盖的区域地址范围是多少。
（有分析过程，地址用16进制表示。）
解： 地址3F00H的二进制形式为：
A15
A14
A13
A 12
A11
A10
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
4KB芯片采用12条地址线完成地址表示，即占用 A11A10 A9 A8 A7
A6A5A4A3A2A1 A0 故3F00H所在芯片的片间地址为A15 A14A13 A 12 =0011
其覆盖区域应为片内地址全0至全1的变化范围，即：3000H～3FFFH。 6、某机采用微程序控制方式，微指令字长24位，水平型编码控制的微指
A15 A14 A13 A 12 A11 A10 A9 A8 A7 A6A5A4A3A2A1 A0
0 0 1 1 0 0 … 0
0 0 1 1 1 1 … 1
4. 已知计算机指令字长为32位，其指令格式如图：
其中OP为操作码，R为通用寄存器，X为寻址方式，说明下列情况下所分
别对应的寻址方式：
① X=000，D为直接操作数； ② X=001，D为直接主存地址；
③ X=010，由通用寄存器R提供操作数；
④ X=011，由通用寄存器R提供主存地址；
⑤ X=100，D为位移量，由程序计数器PC提供主存地址；
解：1、立即寻址 2、直接寻址
3、寄存器寻址 4、寄存器间址 5、相对寻址
5、某磁盘存储器转速为7200转/分钟，共有10个记录面，每磁道记录信息为64KB，磁盘存储区域内径为20cm，外径为30cm，共有200道，每扇区大小为1024B。若系统可挂多达10台这样的磁盘机，求：
（1）该磁盘存储器的存储容量（单位为MB）。 （2）磁盘数据传输速率（单位为MB/s）。
（3）给出该系统磁盘地址格式，标明各字段起止位。
令格式，断定方式，共有微命令30个，构成4个相斥类，包含5个、8个、14
个和3个微命令，外部条件共3个。
?（1）控制存储器的容量应为多少？ ?（2）设计出微指令的具体格式。
7、某磁盘存储器转速为6000转/分钟，共有10个记录面，每磁道记录信息为128KB，磁盘存储区域内直径为10cm，外直径为20cm，共有240道，求：
（1）该磁盘存储器的存储容量（单位为MB）。 （2）磁盘道密度。 （3）平均等待时间（单位为ms）。
（4）说明对超长文件（超出一个磁道长度）会采用何种方式记录。 现有一个4级流水浮点加法器有求阶差、对阶、尾数加和规格化4段，要
求完成5对浮点数的两两相加运算，假设时钟周期为100ns。
（1）画出流水处理时空图。
（2）求出流水线的实际吞吐率（单位时间完成的浮点加法次数）。
（3）求出流水线的加速比。 解：（1）
空间 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 时间
（2）TP=nt?58?t?58?100?10?9?6.25?106次/s
t'n?k??t5（3）Ck=t?(n?k?1)??t??48?2.5 ．在
OP X D 定
点二进制运算器中，减法运算一般通过___D___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． 补码运算的十进制加法器 D. 补码运算的二进制加法器
2．四片74181ALU和1片74812CLA器件相配合，最多可以组成___B___级先行进位。
A．1 B. 2 C. 3 D. 4 -1的补码用8位二进制表示为 11111111 。
已知x=0.11011，y=－0.10001，用变形补码计算x+y，并指出结果是否溢出。 变形补码：x=00.11011，y=11.01111 x+y=（1）00.01010 无溢出。 计算机的冯·诺依曼原理是存储程序、并按地址顺序执行。
1、指令的寻址方式包括 顺序 寻址和 跳跃 寻址两种方式。 2、就取得操作数的速度而言，下列寻址方式中速度最快的是 C． 。 A．直接寻址 B．相对寻址 C．立即寻址 D．间接寻址 3．指令系统采用不同寻址方式的目的是__B____。 A．实现存贮程序和程序控制；
B．缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性； C．可直接访问外存；
D．提供扩展操作码的可能并降低指令译码的难度；
4．某计算机字长为16位，变址寄存器R为16位，采用单字长单地址指令，共有80条指令。试采用直接、变址、相对三种寻址方式设计指令格式，标明各字段起止位，并分别指出上述三种寻址方式的有效地址E及寻址范围。 解：因为共有80条指令，所以操作码字段占7位； 三种寻址方式，采用译码方式，故占2位；
剩余7位为地址码字段。故指令格式如下： 15
9
8
7 6
0
X=00，直接寻址，E=D，寻址范围为128单元；
X=01，变址寻址，E=（R）+D，寻址范围为64K单元（或64K+128单元）; X=10，相对寻址，E=（PC）+D，寻址范围为128单元；
5．某计算机字长为16位，有16位的变址寄存器RX和程序计数器PC等，采用单字长单地址指令，共有50条指令。试采用直接、变址、相对三种寻址方式设计指令格式，标明各字段起止位，并分别写出上述三种寻址方式的有效地址E的计算方法
解：因为共有50条指令，所以操作码字段占6位； 三种寻址方式，采用译码方式，故占2位； 地址码字段为16-6-2=8位。故指令格式如下： 15 10 9 8 7 0
OP X D
X=00直接寻址，E=D
X=01，变址寻址，E=（Rx）+D X=10，相对寻址，E=（PC）+D
1、指令的寻址方式包括 顺序 寻址和 跳跃 寻址两种方式。 2、就取得操作数的速度而言，下列寻址方式中速度最快的是 C． 。 A．直接寻址 B．相对寻址 C．立即寻址 D．间接寻址 3．指令系统采用不同寻址方式的目的是__B____。 A．实现存贮程序和程序控制；
B．缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性； C．可直接访问外存；
D．提供扩展操作码的可能并降低指令译码的难度；
4．某计算机字长为16位，变址寄存器R为16位，采用单字长单地址指令，共有80条指令。试采用直接、变址、相对三种寻址方式设计指令格式，标明各字段起止位，并分别指出上述三种寻址方式的有效地址E及寻址范围。