计算机组成原理模拟试题（九）及参考答案#

一、 选择题#

10. 在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由______完成地址映射。 [ D ]

• A. 程序员
• B. 编译器
• C. 装入程序
• D. 操作系统

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11. 由于CPU 内部的操作速度较快，而CPU 访问一次主存所花的时间较长，因此机器周期通常用______来规定。 [ A ]

• A. 主存中读取一个指令字的最短时间
• B. 主存中读取一个数据字的最长时间
• C. 主存中写入一个数据字的平均时间
• D. 主存中取一个数据字的平均时间

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12. 异步控制常用于______作为其主要控制方式。 [ A ]

• A. 在单总线结构计算机中访问主存与外围设备时
• B. 微型机的CPU 控制中
• C. 组合逻辑控制的CPU 中
• D. 微程序控制器中

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13. 描述流水CPU 基本概念中，正确表述的句子是______。 [ D ]

• A. 流水CPU 是以空间并行性为原理构造的处理器
• B. 流水CPU 一定是RISC 机器
• C. 流水CPU 一定是多媒体CPU
• D. 流水CPU 是一种非常经济而实用的时间并行技术

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14. 多总线结构的计算机系统采用______方法，对提高系统的吞吐率最有效。 [ A ]

• A. 多端口存储器
• B. 提高主存的速度
• C. 交叉编址多模存储器
• D. 高速缓冲存储器

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15. 描述PCI 总线中基本概念正确的句子是______。 [ B ]

• A. PCI 总线是一个与处理器有关的高速外围总线
• B. PCI 总线的基本传输机制是猝发式传输
• C. PCI 设备不是主设备
• D. 系统中只允许有一条PCI 总线

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16. 当采用______对设备进行编址情况下，不需要专门的I/O 指令组。 [ A ]

• A. 统一编址法
• B. 单独编址法
• C. 两者都是
• D. 两者都不是

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17. CRT 的分辨率为1024×1024 像素，像素颜色数为256，则刷新存储器的容量是______。 [ B ]

• A. $512\text{KB}$
• B. $1\text{MB}$
• C. $256\text{KB}$
• D. $2\text{MB}$

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18. 一张3.5 英寸软盘的存储容量为______，每个扇区存储的固定数据是______。 [ A ]

• A. $1.44\text{MB}$, $512\text{B}$
• B. $1\text{MB}$, $1024\text{B}$
• C. $2\text{MB}$, $256\text{B}$
• D. $1.44\text{MB}$, $512\text{KB}$

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19. 下面叙述的概念中______是正确的。 [ B ]

• A. 总线一定要和接口相连
• B. 接口一定要和总线相连
• C. 通道可以代替接口
• D. 总线始终由CPU 控制和管理

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20. IEEE1394 的高速特性适合于新型高速硬盘和多媒体数据传输，它的数据传输率可以是______。 [ A. B、C ]

• A. 100 兆位/秒
• B. 200 兆位/秒
• C. 400 兆位/秒
• D. 300 兆位/秒

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二、 填空题#

1. 2000 年，超级计算机最高浮点运算速度达到每秒 A. 1 万亿 次，我国的 B. 神威 号计算机的运算速度达到3840 亿次，使我国成为 C. 美国、日本 之后第三个拥有高速计算机的国家。

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2. 存储 A. 程序 并按 B. 地址 顺序执行，这是冯•诺依曼型计算机的工作原理。

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3. 移码表示法主要用于表示浮点数的 A. 阶码 码，以利于比较两个 B. 指 数的大小和进行 C. 对阶 操作。

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4. 广泛使用的 A. SRAM 和 B. DRAM 都是半导体随机读写存储器，它们共同的缺点是 C. 断电后不能保存信息 。

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5. 多个用户共享主存时，系统应提供 A. 存储保护 。通常采用的方法是 B. 存储区域 保护和 C. 访问方式 保护，并用硬件来实现。

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6. 形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和 A. 跳跃 寻址两种，使用 B. 程序计数器 来跟踪。

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7. 多媒体 CPU 是带有 A. MMX 技术的处理器，它是一种多媒体扩展结构技术，特别适合于 B. 图像数据 处理。

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8. 字节多路通道可允许多个设备进行 A. 传输 型操作，数据传送单位是 B. 字节 。

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三、 简答题#

题目：举出CPU 中6 个主要寄存器的名称及功能。#

• （1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。

• （2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。

• （3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU 所访问的内存单元的地址。

• （4）缓冲寄存器（DR）：

• 作为CPU 和内存、外部设备之间信息传送的中转站。

• 补偿CPU 和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。

• 在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。

• （5）通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU 提供一个工作区。

• （6）状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU 和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。

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题目：何谓“总线仲裁”？一般采用何种策略进行仲裁，简要说明它们的应用环境。#

连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。每次总线操作，只能有一个主方占用总线控制权，但同一时间里可以有一个或多个从方。 除CPU 模块外，I/O 功能模块也可以提出总线请求。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。 主要应用环境策略： 一般来说，采用优先级或公平策略进行仲裁。在多处理器系统中对CPU 模块的总线请求采用公平原则处理，而对I/O 模块的总线请求采用优先级策略。

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题目：何谓CRT 的显示分辨率、灰度级？#

• 显示分辨率：是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT 电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。

• 灰度级：是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。

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题目：CPU 响应中断应具备哪些条件？#

• (1) 在CPU 内部设置的中断屏蔽触发器必须是开放的。

• (2) 外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。

• (3) 外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。

• (4) 当上述三个条件具备时，CPU 在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。

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四、 应用题 / 计算题#

题目：已知X = -0.01111,Y = +0.11001, 求$[X]*\text{补}$, $[-X]*\text{补}$, $[Y]_\text{补}$, $[-Y]_\text{补}$, $X+Y =$?, $X-Y =$?#

解题步骤：

1. 求出各补码形式：

$[X]_\text{补} = 1.10001$

$[-X]_\text{补} = 0.01111$

$[Y]_\text{补} = 0.11001$

$[-Y]_\text{补} = 1.00111$

2. 计算 $X+Y$： 采用双符号位变形补码进行计算：

$\begin{aligned} [X]_\text{补} &= 11.10001 \\ + \quad [Y]_\text{补} &= 00.11001 \\ \hline [X+Y]_\text{补} &= 00.01010 \end{aligned}$

所以 $X+Y = +0.01010$ 3. 计算 $X-Y$：

$\begin{aligned} [X]_\text{补} &= 11.10001 \\ + \quad [-Y]_\text{补} &= 11.00111 \\ \hline [X-Y]_\text{补} &= 10.11000 \end{aligned}$

由于符号位为 10，结果发生溢出。

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题目：已知 $[X]_\text{补} = X_0.X_1X_2\dots X_n$，求证：$[-X]_\text{补} = \overline{X_0.X_1 X_2\dots X_n} + 2^{-n}$。#

解题步骤：

因为

$[1-X]_\text{补} = [1]_\text{补} + [-X]_\text{补} = 1 + X_0.X_1X_2\dots X_n + 2^{-n}$

且已知 $1 + X_0 = \overline{X_0}$ 所以

$[1-X]_\text{补} = 1 + X_0.X_1X_2\dots X_n + 2^{-n} = \overline{X_0}.X_1X_2\dots X_n + 2^{-n}$

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题目：有一个 $1024\text{K} \times 32$ 位的存储器，由 $128\text{K} \times 8$ 位的DRAM 构成。问：（1）总共需要多少DRAM 芯片？（2）采用异步刷新，如果单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少？#

解题步骤：

1. 计算所需芯片数： DRAM 芯片容量为 $128\text{K} \times 8 \text{ 位} = 128\text{KB}$ 存储器总容量为 $1024\text{K} \times 32 \text{ 位} = 1024\text{K} \times 4\text{B} = 4096\text{KB}$

$\text{芯片数量} = 4096\text{KB} \div 128\text{KB} = 32 \text{ 片}$

2. 计算刷新信号周期： 对于 $128\text{K} \times 8$ 位的DRAM 芯片，选择一行地址进行刷新，取刷新地址 $A_8$—$A_0$，则 $8\text{ms}$ 内需要进行 512 个周期的刷新。按此周期数，对一行上的 4096 个存储元同时进行刷新（$512 \times 4096 = 128\text{KB}$）。 采用异步刷新方式，刷新信号的周期为：

$t = 8\text{ms} \div 512 = 15.6\mu\text{s}$

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题目：指令格式如下所示，OP 为操作码字段，试分析指令格式特点。#

15 ~ 10	9 ~ 7	6 ~ 4	3 ~ 0
OP	源寄存器	基值寄存器	位移量（16 位）

解题步骤：

1. 字长与地址分析：该指令为双字长二地址指令，用于访问存储器。
2. 操作码分析：操作码字段OP 为6 位，可以指定64 种操作。
3. 寻址方式分析：一个操作数在源寄存器（共16 个），另一个操作数在存储器中（由基值寄存器和位移量决定），所以是 RS 型 指令。

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题目：画出微程序控制器组成框图，说明各部分功能。#

解题步骤：

1. 组成框图说明： (参考图C7.1 微程序控制器组成框图)
2. 各部分功能：

• （1）控制存储器：用来存放实现全部指令系统的所有微程序。
• （2）微指令寄存器：用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
• （3）地址转移逻辑：在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出；当出现分支时，由地址转移逻辑自动完成修改微地址的任务。

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题目：某总线在一个总线周期中并行传送4 个字节的数据，假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为66MHz，求总线带宽是多少？#

解题步骤：

设总线带宽用 $D_r$ 表示，总线时钟周期用 $T = \frac{1}{f}$ 表示，一个周期传送的数据量用 $D$ 表示。根据总线带宽定义：

$D_r = \frac{D}{T} = D \times f = 4\text{B} \times 66 \times 10^6/\text{s} = 264\text{MB/s}$

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题目：用多路DMA 控制器控制光盘、软盘、打印机三个设备同时工作。光盘以30μs 的间隔向控制器发DMA 请求，软盘以60μs 的间隔向控制器发DMA 请求，打印机以180μs 的间隔发DMA 请求。假设DMA 控制器完成一次DMA 传送时间为5μs,请画出多路DMA 控制器的工作时空图。#

解题步骤：

(请根据设备请求间隔 $30\mu\text{s}$、$60\mu\text{s}$、$180\mu\text{s}$ 与传送时间 $5\mu\text{s}$ 绘制对应的时间响应和抢占时空图)

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题目：CD－ROM 光盘的外缘有5mm 的范围因记录数据困难，一般不使用，故标准的播放时间为60 分钟。请计算模式2 情况下光盘存储容量是多少？#

解题步骤：

1. 计算扇区总数：

$\text{扇区总数} = 60 \times 60 \times 75 = 270000$

2. 计算模式2下的存储容量： 模式2 存放声音、图像等多媒体数据，每个扇区大小为 2336 字节，其存储容量为：

$\text{容量} = 270000 \times 2336 \div 1024 \div 1024 = 601\text{MB}$