河南大学计算机与信息工程学院 2017~2018 学年第2学期期末考试#

《计算机组成原理》试卷 A 卷#

考试方式： 闭卷 考试时间： 120 分钟 卷面总分： 100 分

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一、单项选择题（本题共25小题，每小题2分，共50分）#

1. CPU中不包括_____。 [ ]

   • A. 操作控制器
   • B. 指令寄存器
   • C. 地址控制器
   • D. 通用寄存器

2. 按照IEEE754标准定义的32位浮点数41A4C000H，对应的十进制数是_____。 [ ]

   • A. 4.59375
   • B. -20.59375
   • C. -4.59375
   • D. 20.59375

3. 若片选地址为111时，选定某一$32\text{K} \times 16$的存储芯片工作，则该芯片在存储器中的首地址和末地址分别是_____。 [ ]

   • A. 00000H，01000H
   • B. 38000H，3FFFFH
   • C. 3800H，3FFFH
   • D. 0000H，0100H

4. 在全相联映射、直接映射和组相联映射中，块冲突概率最小的是_____。 [ ]

   • A. 全相联映射
   • B. 直接映射
   • C. 组相联映射
   • D. 不确定

5. 下列数中最大的为_____。 [ ]

   • A. (101001)₂
   • B. (2000)₃
   • C. (52)₇
   • D. (2E)₁₆

6. 计算机操作的最小单位时间是_____。 [ ]

   • A. 时钟频率
   • B. 指令周期
   • C. CPU周期
   • D. 中断周期

7. 设机器数采用移码表示（含1位符号位），若寄存器内容为9BH，则对应的十进制数为_____。 [ ]

   • A. 27
   • B. -97
   • C. -101
   • D. 155

8. 下列有关浮点数加减操作运算的叙述中，正确的是_____。

   • I. 对阶操作不会引起阶码上溢或下溢
   • II. 右规和尾数舍入都可能引起阶码上溢
   • III. 左规时可能引起阶码下溢
   • IV. 尾数溢出时结果不一定溢出
   • A. 仅II、III
   • B. 仅I、II、IV
   • C. 仅I、III、IV
   • D. I、II、III、IV

9. 某存储器容量为$64\text{KB}$，按字节编址，地址4000H-5FFFH为ROM区，其余为RAM区，若用$8\text{K} \times 4$位的SRAM芯片设计，则需要这芯片的数量为_____。 [ ]

   • A. 7
   • B. 8
   • C. 14
   • D. 16

10. 下列命令组合中，一次访存过程中，不可能发生的是_____。 [ ]

• A. TLB未命中，Cache未命中，Page未命中
• B. TLB未命中，Cache命中，Page命中
• C. TLB命中，Cache未命中，Page命中
• D. TLB命中，Cache命中，Page未命中

11. 设机器字长为32位，一个容量为$16\text{MB}$的存储器，CPU按半字寻址，其可寻址的单元数是_____。 [ ]

• A. $2^{24}$
• B. $2^{23}$
• C. $2^{22}$
• D. $2^{21}$

12. 在下列几种存储器中，CPU不能直接访问的是_____。 [ ]

• A. 硬盘
• B. 内存
• C. Cache
• D. 寄存器

13. 计算机的存储系统是指_____。 [ ]

• A. RAM
• B. ROM
• C. 主存储器
• D. Cache、主存储器和外存储器

14. 双端口RAM在_____情况下可能发生读/写冲突。 [ ]

• A. 左端口和右端口的地址码不同
• B. 左端口和右端口的地址码相同
• C. 左端口和右端口的数据码不同
• D. 左端口和右端口的数据码相同

15. 在高速缓存系统中，主存容量为$12\text{MB}$，Cache容量为$400\text{KB}$，则该存储系统的容量为_____。 [ ]

• A. $12\text{MB}$+$400\text{KB}$
• B. $12\text{MB}$
• C. $12\text{MB}$-$12\text{MB}$+$400\text{KB}$
• D. $12\text{MB}$-$400\text{KB}$

16. 假设某址寄存器R的内容为1000H，指令中的形式地址为2000H，地址1000H中的内容为2000H，地址2000H中的内容为3000H，地址3000H中的内容为4000H，则变址寻址方式下访问到的操作数在_____。 [ ]

• A. 1000H
• B. 2000H
• C. 3000H
• D. 4000H

17. 指令中地址码给出的是操作数的有效地址，则该指令采用_____。 [ ]

• A. 直接寻址
• B. 立即寻址
• C. 寄存器寻址
• D. 间接寻址

18. 微程序控制存储器属于_____的一部分。 [ ]

• A. 主存
• B. 外存
• C. CPU
• D. 缓存

19. 在一个16位的总线系统中，若时钟频率为100MHz，总线周期为5个时钟周期传输一个字，则总线带宽是_____。 [ ]

• A. $4\text{MB}$/s
• B. $40\text{MB}$/s
• C. $16\text{MB}$/s
• D. $64\text{MB}$/s

20. 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(忽略各功能段之间的缓存时间)分别是90ns、80ns、70ns和60ns，则该计算机的CPU时钟周期至少是_____。 [ ]

• A. 90ns
• B. 80ns
• C. 70ns
• D. 60ns

21. 某计算机的控制器采用微程序控制方式，微指令中的操作控制字段采用编码表示法，共有33个微命令，构成5个互斥类，分别包含7、3、12、5和6个微命令，则操作控制字段至少有_____。 [ ]

• A. 5位
• B. 6位
• C. 15位
• D. 33位

22. 一次总线事务中，主设备只需给出一个首地址，从设备就能从首地址开始的若干个连续单元读出或写入多个数据，这种总线事务方式称为_____。 [ ]

• A. 并行传输
• B. 串行传输
• C. 突发传输
• D. 同步传输

23. Cache的容量为$4\text{MB}$，主存的容量为$256\text{MB}$。若主存读写时间为30ns，Cache的读写时间为3ns，平均读写时间为3.27ns，则Cache的命中率为_____。 [ ]

• A. 92%
• B. 95%
• C. 98%
• D. 99%

24. 下列情况下可能不会发生中断请求的是_____。 [ ]

• A. DMA操作结束
• B. 一条指令执行完毕
• C. 机器出现故障
• D. 外中断

25. 某机有5个中断源L0～L4，按中断响应优先级从高到低依次为L0 $\to$ L1 $\to$ L2 $\to$ L3 $\to$ L4，现要求将中断处理次序改为L1 $\to$ L3 $\to$ L4 $\to$ L0 $\to$ L2，L4的中断字为_____。 [ ]

• A. 10101
• B. 00001
• C. 01010
• D. 00011

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二、计算题（本题共4小题，每小题6分，共24分）#

1. 已知X=-0.10110和Y=-0.10100，用变形补码计算X-Y和X·Y。

2. 用一台50MHz处理机执行某标准测试程序，它包含的混合指令数和相应所需的平均时钟周期数如下表所示：

   指令类型	指令数目	平均时钟周期数
   整数运算	45000	1
   数据传送	32000	2
   浮点运算	15000	2
   控制传送	8000	2

   求有效CPI、MIPS、处理机程序执行时间tcpu。

3. 某指令系统中有64条单字长(32位)地址RS型指令，已知系统中通用寄存器16个，操作数S可选用直接寻址、间接寻址、变址寻址、基址寻址、相对寻址、寄存器间接寻址6种寻址方式，采用专用的基址和变址寄存器。直接寻址方式中，可直接寻址的存储空间为多大？(写出指令格式并写出推导过程)

4. 已知某磁盘组共有10个盘片，盘片存储区域内直径10cm，道密度为40道/cm，共有220个磁道，最小位密度200位/cm。试计算该磁盘组的总存储容量，请写出具体的计算过程。

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三、综合题（本题共1小题，共13分）#

1. 某系统的存储容量为$16\text{MB}$，Cache的容量为$8\text{KB}$，按字节编址，每字块为32B。设计一个4路组相联映射的Cache组织。

   (1) 设计主存地址格式，请指出该主存地址每一构成部分的位数。(5分)

   (2) 设Cache初始状态为空，CPU依次从主存0、1、2、…、99号单元中读出100个字节(主存一次读出一个字节)，问命中率是多少？(4分)

   (3) 采用相联组映射时，若地址为3C05A1H的主存块要调入Cache中，在Cache中的地址是什么？请写出任意一种可能地址并写出具体的计算过程。(4分)

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四、分析题（本题共1小题，共13分）#

1. 设运算器通路如图1所示，ALU有+、-、M(传送)三种操作功能，其中”-“操作为A-B，移位器有R(右移)、L(左移)、V(直传)，指令系统为双字长定长指令格式，即每次取指之后执行PC=PC+2操作。

注：微操作”2 $\to$ A”表示将数据2送入A选通门，微操作”MDR(out) / MDR(in)(上面一横线)“表示将总线数据送入MDR寄存器或将MDR寄存器内容至总线，微操作”PCin、IRin、MARin、R(1in)、R(2in)、R(3in)“表示总线数据送入相应寄存器。

(1) 微指令格式如图2所示，写出取指阶段的流程图及相应的微指令，写出推导过程并将编码形式转换为十六进制。(5分)

(2) 写出指令ADD R2, R1执行阶段的相应微指令，写出推导过程，并将编码形式转换为十六进制。(5分)

(3) 请至少列出三组互斥的微指令。(3分)