计算机组成原理习题及答案

简答题

1.什么是存储程序原理？按此原理，电脑应具有哪几大功能？

1.答：存储程序原理是用户事先编号的程序先存入主存中，然后CPU在从主存中取出指令、运行指令。按此原理，电脑应具有输入输出设备，即能把程序和数据通过输入输出设备送入主存中；还应具有存储设备，即内存能存储程序和数据；最后应具有控制器和运算器，即CPU能从主存中取出程序和数据，并按顺序一条一条取出、执行。

2.存储器与CPU连接时，应考虑哪些问题？

2.答：应考虑〔1〕合理选择存储芯片，要考虑芯片的类型和数量尽量使连线简单方便；〔2〕地址线的连接，将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连，以选择芯片中的某一单元，儿高位则在扩充存储芯片时用，用来选择存储芯片；〔3〕数据线的连接，CPU的数据线与存储芯片的数据线不一定相等，相等时可直接连接，不相等时要对存储芯片进行扩位，使其相等连接；〔4〕读/写控制线的连接，高电平为读，低电平为写；〔5〕片选线的连接，CPU的高位地址来产生片选信号。

3.什么叫地址重叠区，什么情况下会产生地址重叠区？

3.答：存储系统中的某些存储单元有多个地址，这种现象叫地址重叠区。原因是，存储系统是由多个芯片组成的，在产生片选信号时，如果只用部分高位地址来产生片选信号，则有一部分高位地址线没用，这样这部分地址线的值就不确定，可以为0也可以为1，所以存储芯片的地址空间也不确定了，出现了重复值，产生了地址重叠区。

4.什么叫“对准字”和“未对准字”，CPU对二者的访问有何不同？

4.答：CPU访问的数据类型有字节，半字，字和双字。假设字长为32位，则字节8位，半字16位，字32位，双字64位。对准字就是存储这四种数据类型时，字节的起始地址任意，半字的起始地址为2的倍数，字的起始地址为4的倍数，双字的起始地址为8的倍数。未对准字就是四种数据类型在存储时都任意，无论从哪个存储单元开始都可以。CPU访问对准字只要一个存储周期就行了，因为对准字都在同一行，能同时选中；访问未对准字需要多个存取周期，引文他们对应的存储单元可能不在同一行。

5.中断周期的前和后各是CPU的什么工作周期，如何工作？

5.答：中断周期的前一周期是指令的执行周期，CPU根据指令的操作码，发出不同的操作指令完成指令的执行；中断周期的后一周期是取指周期，因为中断周期是指令周期的最后一个周期，假设执行周期结束，有中断请求且符合中断执行的条件则进入中断周期，当中断周期结束时，就进入的下一条指令的取指周期，取指周期主要是根据程序计数器的值，从主存中把要执行的指令取到cpu中来分析、执行。

6.为什么要设置总线标准，你知道目前流行的总线标准有哪些？

6.答：总线标准可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。如果没有总线标准，各个设备之间如果要传送数据，就必须相互了解特征、属性，电脑系统内有多种设备，每个设备的特征都各不想通过，相互之间传送数据都要有独立的数据线，这样数据线就很复杂，且设备的接口多。使用了总线标准，每个设备就只有一个接口接向总线，而不需要了解其他设备的接口特点。目前流行的总线标准有：EISA\PCI\USB\AGP\RS232等等。

计算器

1.设某机有4个中断源A、B、C、D，其硬件排队优先次序为A>B>C>D，现要求将中断处理

次序改为D>A>C>B。

〔1〕写出每个中断源对应的屏蔽字

〔2〕按图时间轴给出的四个中断源的请求时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设每个中断源的中断服务程序时间均为20us。

1.答：〔1〕在中断处理次序改为D>A>C>B后，每个中断源新的屏蔽字如下：中断源屏蔽字

A 1 1 1 0

B 0 1 0 0

C 0 1 1 0

D 1 1 1 1

2.请写出数据的海明码，用4位校验位，采用偶校验。

根据海明码的定义有：

D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1

1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0

P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D9⊕D11

=0⊕1⊕0⊕0⊕0⊕1⊕1=1

P2=D1⊕D3VD4⊕D6⊕D7⊕D10⊕D11

=0⊕1⊕0⊕1⊕0⊕0⊕1=1

P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8⊕D9⊕D10⊕D11

=1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕0⊕1=1

P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8⊕D9⊕D10⊕D11

=0⊕1⊕0⊕1⊕1⊕0⊕1=0

所以，数据的海明码为1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1

加上下划线为校验位。

执行一段程序时，Cache完成存取次数为3800次，主存完成存取的次数为200次，已知Cache存取周期为50ns，主存为250ns，求Cache/主存系统的效率和平均访问时间。

3.解：命中率

平均访问时间为Ta=50*0.95+250*〔〕=60ns

效率e=50/60*100%=83.33%

4.已知某8位机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，假设使用4K*4位RAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条的形式，问：

〔1〕假设每个模块条为32k*8位，共需几个模块条〔2〕每个模块内共有多少片RAM芯片

〔3〕主存共需多少RAM芯片？CPU如何选择各模块条？

4.地址线为18位的8位机主存容量为218*8=256KB

(1)共需8个模块板

(2)每个模块板内有16片RAM芯片

(3)主存共需128片RAM芯片，18根地址线分配如下：

A11---A0作为4K*4位芯片本身的地址线；

A14---A12作为模块板内片选地址，采用74LS138译码器，共8个输出，每个输出选择2片4K*4位的RAM芯片；

A17---A15作为模块板的地址，用74LS138译码器，每个输出选8个模块板中的任一块。

执行一段程序时，Cache完成存取次数为5000次，主存完成存取的次数为200次，已知Cache存取周期为40，主存为160，求命中率，Cache/主存系统的效率和平均访问时间。

解：①命中率H=Nc/〔Nc+Nm〕=5000/〔5000+2000〕

②主存慢于cache的倍率R=Tm/Tc=160ns/40ns=4

访问效率：

ｅ＝１／［ｒ＋〔１－ｒ〕Ｈ］＝１／［４+〔１－４〕×０.９６］

＝８９.３℅//:2分 ③平均访问时间Ｔａ＝Ｔｃ／ｅ＝４０／０.８９３＝４５nｓ

6．某磁盘存储器转速为3000 rpm，共有4个记录盘面，道密度为5 tpm，每道记录信息12288

B,最小磁道直径为230 mm，共有275道，求：

〔1〕磁盘存储器的存储容量〔2〕最高位密度和最低位密度〔3〕磁盘数据传输率

〔4〕平均等待时间

〔1〕每道记录信息容量=12288B

每个记录面信息容量=12288B*275

4个记录面信息容量=12288B*275*4=13516800B

〔2〕最高位密度D1按最小磁道半径R1=115mm计算

D1=12288/(2*3.14*115)=17 Bpm

最低位密度D2按最大磁道半径R2计算

R2=R1+(275/5)=115+55=170mm

D2=12288/(2*3.14*170)=11.5 Bpm

〔3〕磁盘数据传输率C=Nr

N为每道信息容量12288B

r=3000 rpm=50r/s

C=Nr=12288*50=614400Bps

〔4〕平均等待时间=(1/50)/2=1/100 s=10ms

7．要求用128Kⅹ16的SRAM芯片组成512Kⅹ16随机存储器，用64Kⅹ16的EPROM芯片组成128Kⅹ16的只读存储器。试问：

〔1〕数据寄存器多少位？〔2〕地址寄存器多少位？〔3〕两种芯片各需多少片？

〔4〕假设EPROM的地址从00000H开始，RAM的地址从A0000H开始，写出各芯片的地址分配情况

〔1〕芯片都是*16的，数据寄存器的位数为16位

〔2〕存储器的总容量为512K+128K=640K,则需要220=1024K的地址才能把所有存储单元都能寻址。地址寄存器是20位；

〔3〕128k*16组成512k*16，需要4片，64k*16组成128k*16，需要2片

〔4〕按照题目的要求，地址信号和地址分配如下：

A19 A18 A17 A16 A15---A0

0 0 0 0 0---0 EPROM1:00000H—1FFFFH

0 0 0 1 1---1

0 0 1 0 0---0 EPROM2:20000H—3FFFFH

0 0 1 1 1---1

0 1 0 0 0---0 EPROM3:40000H—5FFFFH

0 1 0 1 1---1

0 1 1 0 0---0 EPROM3:60000H—7FFFFH

0 1 1 1 1---1

1 0 1 0 0---0 RAM1:A0000H—AFFFFH

1 0 1 0 1---1

1 0 1 1 0---0 RAM2:B0000H—BFFFFH

1 0 1 1 1---1

8．CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。假设指令字长等于机器字长，答复以下问题：

〔1〕如果主存可直接或间接寻址，采用寄存器-存储器型指令，能直接寻址的最大存储董建是多少？画出指令格式并说出各字段的含义。

〔2〕在满足〔1〕的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，则上述寄存器-存储器型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？

寄存器是32位，则机器字长为32位，指令字长等于机器字长为32位

〔1〕指令格式为：

OP 6

寄存器号R 5

形式地址A 21

64种操作，则操作码需要6位；32个寄存器，则寄存器号需要5位；剩下21位为形式地址。直接寻址的最大空间为221=2M字

〔2〕满足〔1〕，采用寄存器-存储器型指令，寻址方式用基址寻址方式，则需要加上寄存器号，指令格式为：

OP 6

寄存器号1R 5

寄存器号2R 5

形式地址A 16

寄存器号1为第一操作数；寄存器号2和形式地址构成第二操作数，用的是基址寻址方式，寄存器为32位，按照基址寻址方式EA=(R)+A，则EA为32位，所以寻址空间为232=4G字

9．磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘片可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速为3600转/分。

〔1〕共有多少存储面可用?〔2〕共有多少柱面

〔3〕盘组总存储容量是多少〔4〕数据传输率是多少？

〔1〕6片，最外两侧可以记录，则有12个存储面可用

〔2〕柱面即磁道面，〔33-22〕，磁道数为40道/cm*5.5cm=220道

则有220个柱面

〔3〕内径22cm，周长为，内层密度为400位/cm，则一条磁道的容量为69.08*400=27632位=3454B

盘组总存储容量为：3454*220*12=9MB

〔4〕数据传输率为每条磁道容量*转速，转速为3600转/分，即60转/秒

3454*60=200KB/S

10.将十进制数转换为IEEE短浮点数；采用IEEE754单精度浮点数格式表示一个数为45100000H,则该数的值是多少？

〔1〕-0.625=-0.101=-1.01*2-1