2017计算机组成原理期末考试试题

2014-2015学年第1学期答案：2013级《计算机组成原理》期末考试试题考试时间：2015年1月9日一、【共10分，每题1分】选择填空：1、主存储器一般是由（）组成A.ROMB.FLASHC.EPROMD.DRAM2、处理器能够理解的二进制语言是（）A.高级语言B.JAVAC.汇编语言D.机器语言3、中央处理机是（）A.ALUB.CPUC.MEMD.I/O4、多核处理器的正确描述是（）A.多个处理器芯片B.一个芯片中有多个处理器C.多台计算机的处理器D.图像处理器5、处理器能够理解的命令是（）A. 自然语言B.高级语言C.汇编语言D.指令6、机器指令的符号表示是（）A. 汇编语言B.高级语言C.操作系统D.应用软件7、存储器的易失性是指（）A.该存储器容易丢失B. 存储器中的数据在电源正常供电时容易丢失C.存储器中的数据在掉电时丢失D.存储器中的数据容易丢失8、价格、容量、速度是评价存储体系性能的三个主要方面，速度最快的存储器是（）A.硬盘B.光盘C.主存B FLASH9、完成一条指令所需的时钟周期数的描述是（）A.CPIB.IPCC.MIPSD.MFLOAT10、CPU把数据写入CACHE的同时，也写入memory，这种方式是（）A. 写直达法B.写回法C.写缓冲D.写硬盘答案： 1.D 2.D 3.B 4.B 5.D6.A7.C8.C9.A 10.A二、【15分，每题3分】简答：计算机的数据表示中，位、字节、字的含义是什么？解答：1、位（bit）：计算机中的数据是二进制表示的，其中一位二进制数称为“位”；字节(Byte)：是用于计量存储容量和传输容量的一种计量单位，1个字节等于8位二进制。

字（word）：在计算机中，码作为一个整体来处理或运算的基本单位，称为一个计算机字，简称“字”。

“字”通常由字节的整数倍构成。

在MIPS中一个“字”是32位的，或者说是4个字节组成。

2、给出机器指令中寻找操作数的三种寻址方法。

答：寄存器寻址、存储器寻址、计算式寻址。

（答出3种寻址方式即得分）3、简述虚拟存储器中的页表的定义和构成。

答：页表（page table ）用来保存虚拟地址和物理地址之间转换关系的表。

页表保存在主存中，通过页表寄存器找到页表的首地址。

每个程序都有自己的页表，用来将程序的虚拟地址映射到主存中。

通常使用虚页号来索引，如果这个虚页在当前的主存中，页表中的对应项将包含虚页对应的物理页号。

所以页表的构成如下：有效位 物理页号4、什么是上溢和下溢？答：上溢：在浮点表示法中指数太大而不能在指数域表示；下溢：在浮点表示法中负的指数太大而不能在指数域中表示出来。

5、MIPS 指令集中的j （跳转指令）格式中地址是26位，如何形成32位有效地址的？ 答：MIPS 指令是按照“字（32位）”寻址，而MIPS 对应的内存是按照“字节（8位）”位单位编址的，因此，MIPS 指令中给出的地址要乘以4（即，左移2位），才能和存储器的地址对应上，所以j 指令中的26位字地址左移成28位地址，和pc 的高四位相加而形成32位有效地址。

三、【30分】 1、（15分）MIPS 程序如下(假设寄存器为$，指令流水线为5级，IF,ID,EX,MEM,WB ，当数据相关时，可在EX 级和MEM 级的结束时转发) lw $2,20($1); 【 (20+($1)) → $2】 and $4,$3,$5; 【$3 and $5 → $4】 or $6,$2,$4; 【$2 or $4 → $6】 add $9,$10,$11;【$10+$11 → $9】slt $12,$13,$14【如果$13小于$14，则$12=1】 请画出指令序列的多周期流水线图（时空图），该指令序列执行完毕后，计算流水线的吞吐率、加速比。

答案：时空图（10分）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LW 在mem 转发； And 在转发。

（ 1分）吞吐率=5/9=55%（2分） 加速比=25/9=2.78（2分）lw $2,20($1) IF ID EX MEM WB and $4,$3,$5; IF ID EX MEM WB or $6,$2,$4; IF ID EX MEM WB add $9,$10,$11 IF ID EX MEM WB slt $12,$13,$14IFIDEXMEMWB2、（15分）假设cache 有4个块，块大小为1个字。

分别采用两路组相联映射和直接映射。

块的访问次序为0、8、0、6、8、0、8、0、6、8，替换策略采用（LRU-Least Recently Used ）,画出每种地址映射的过程，求出每种映射方式的缺失率。

答案：⏹直接映射的地址为，区号行号⏹地址流：00 00（0），10 00（8）,00 00（0）,01 10（6）,10 00（8）⏹ 00 00（0），10 00（8）,00 00（0）,01 10（6）,10 00（8）即：块0、8、0、6、8、0、8、0、6、8对应地调入cache情况如下（5分），可见缺失率=9/10=90%（2分）块地址Cache 块Hit/miss 引用后cache中的内容0 1 2 30 0 miss Mem[0]8 0 miss Mem[8]0 0 miss Mem[0]6 2 miss Mem[0] Mem[6]8 0 miss Mem[8] Mem[6]0 0 miss Mem[0]8 0 miss Mem[8]0 0 miss Mem[0]6 2 Hit Mem[0] Mem[6]8 0 miss Mem[8] Mem[6]●2-路组相联(cache共4块，每组2块，共2组，0组，1组)●地址流：000 0，100 0,000 0,011 0,100 0，000 0，100 0,000 0,011 0,100 0 ●即：块0、8、0、6、8、0、8、0、6、8对应调入cache如下表（5分），可见缺失率=7/10=70%（2分）块地址Cache 块Hit/miss 引用后cache中的内容0组1组0行1行0行1行0 0 miss Mem[0]8 0 miss Mem[8]0 0 Hit Mem[0]6 0 miss Mem[6]替换88 0 miss Mem[8]替换00 0 miss Mem[0]替换68 0 Hit Mem[8]0 0 Hit Mem[0]6 0 Miss Mem[6]替换88 0 miss Mem[8]替换0替换策略采用（LRU-Least Recently Used）(1分)四、【20分】位模式代表的含义完全依赖于如何使用它们，按16进制给出的位模式，a=0x2509000A1、（5分）如果是MIPS指令，且指令格式如下，请给操作码、rs、rt和16位立即数的值。

答案：6位操作码（op）5位rs 5位rt 16位Imm001001（9）01000（8）01001（9）XX0（10十进制）2、（15分）IEEE754单精度格式的数据，B=0xC1040000;C=0x41600000;计算B+C,并写出步骤和结果。

答案：①写成IEEE754格式 B=1 10000010 XXXX0C=0 10000010 XXXX0（3分）②求阶差，对阶（对大阶）：阶码相同10000010（3分）③尾数求和（+1.11）+（-1.00001）=0.10111（正数）（3分）④规格化：尾数0.XXXX0左移1位，写为 1.XXXX0由于尾数左移，为了保证数值不变，所以阶码10000010减1，写为1000001（3分）⑤溢出判断：无溢出⑥舍入：无舍入⑦结果：B+C=0 10000001 XXXX0=0x40B80000=5.75(101.11) （3分）【25分】1、（10分）我们知道DMA(direct memory access)过程分为三个阶段，1、开始传输数据的准备阶段；2、数据传输阶段；3、传输结束阶段。

给出这3个阶段的具体操作。

答案：①、开始传输数据的准备阶段；处理器通过提供一下参数设置DMA，设备标识、设备要执行的操作、内存中传输数据的源或目的地址、传输的字节数。

（5分）②、数据传输阶段；DMA启动设备上的操作，执行互联仲裁。

当数据可用湿（数据来自内存或设备）就传输数据。

DMA设备提供数据读写的内存地址。

如果某个请求需要传输多次数据，那么DMA单元就产生下一个内存地址并初始化下一次传输。

采用这种机制，一个DMA单元能够完成一次多字节的数据的完整传输，而不需要处理器干预。

（3分）③、传输结束阶段：一旦DMA传输完成，DMA控制器向处理器发出中断，然后处理器通过询问DMA设备或检查内存决定整个操作是否成功完成。

（2分）2、（15分）CPU和I/O设备进行信息交换的重要方式之一是“中断方式”，请给出处理中断必须的步骤。

并设计出一个实现CPU和I/O设备之间通信接口的组成框图（示意图）。

包括各部件功能及功能如下：寄存器选择电路：对接口寄存器寻址。

命令字寄存器：接收CPU向外设的命令字，转换为相应操作命令送外设。

状态字寄存器：反映设备和接口的运行状态。

数据缓冲寄存器：传送数据、实现缓冲。

答案：处理中断必须的步骤（8分）①对挂起中断域和中断掩码做逻辑“与”操作，看哪些被允许的中断发生了；②在这些中断中选择出优先级比较高的中断；③保存状态寄存器的中断掩码域；④改写中断掩码域屏蔽所有与之相等或更低的优先级的中断；⑤保存处理中断所需的处理器状态；⑥为了允许更高的优先级的中断发生，将原因寄存器的中断允许位置“1”；⑦调用适当的中断处理例程，执行之；⑧在回复状态前，把原因寄存器的中断允许位置“0”，便于回复中断掩码域。

设计出一个实现CPU和I/O设备之间通信接口的组成框图（7分，具体看标注）标注：1、CCP和外设连线（地址、数据、控制3总线）（3分）2、I/O接口（接口电路、接口中的端口）（2分）3、接口和外部设备的连线（数据线、控制线、状态线）（2分）。