计算机组成原理测试题A卷
二、填空题
1、存储器主要用来存放程序和数据。
2、CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫指令周期，它常用若干个CPU周期【机器周期】来表示，后者又包括若干个时钟周期。
3、计算机的主机包括存储器、运算器和控制器。
4、输入输出设备的编址方式有I/O接口独立编址和I/O接口与存储器统一编址。
三、计算题
1、一个组相连映射Cache由64块组成，每组含4块，主存包含4096块，每块由128字组成，访存地址为字地址，试问主存和高速存储器的地址各为几位？
解：Cache组数：64/4=16
Cache容量：64*128=213字
Cache地址：13位
主存共分4096/16=56区，每区16块
主存容量：4096*128=219字
2、已知x=2-011 * 0.101100,y=2-010 *（-0.011100），计算【x+y】补
解：①、对阶：【x】补=11，101；00.101100
【y】补=11，110；11.100100
△j=【jx】补-【jy】补=11，101+00，010=11，111
即△j=-1所以将x的尾数向右移1位，阶码加1，
得【x】补’=11，110；00.010110
②、求和【Sx】补’+【Sy】补’=00.010110+11.100100=11.111010
所以【x+y】补=11，110；11.111010
③、规格化：左规三次得：【x+y】=11，011；11.010000
④、舍入处理和溢出：无
所以x+y=2-101 *（-0.110000）
3、某计算机系统的内存由Cache和主存构成，Cache的存取周期为45ns，主存的存取周期为200ns，已知在一段给定时间的时间内，CPU共访问内存4500次，其中，340次访问主存，求：⑴、Cache的命中率是多少？⑵、CPU访问内存的平均访问时间是多少？⑶、Cache主存系统的效率是多少？
解：⑴、Cache的命中率为：4500/（4500+340）≈0.93
⑵、平均访问时间是：45ns * 0.93 + 200ns * （1-0.93）= 55.85ns
⑶、由题可知，访问主存时间是访问Cache 时间的4.4倍200/45=4.4
设访问Cache的时间为t，访问主存的时间为4.4t，Cache-主存系统的访问效率为e，则：
e = （访问Cache的时间/平均访问时间）* 100%
= （t/（0.93*t + (1-0.93)*4.4t））* 100% = 80.78%
4、某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，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空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含义。
解：如图采用RS型指令，则此指令一定是以二地址以上的地址格式，指令格式如下：
操作码字段OP占6位，因为2^6>=64；
寄存器编号R占5位，因为2^5>=32；
间址位I占1位，当I=0，存储器寻址的操作数为直接寻址，当I=1时为间接寻址；
形式地址A占20位，可直接寻址220字
四、简答题
1、指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分他们？
答：计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令和数据，即：取指周期（或取指微程序）取出的即为指令，执行周期（或相应微程序）取出的即为数据；另外也可以通过地址来源区分，从PC指出的存储单元取出的是指令，由指令地址码部分提供操作数地址。
2、please describe the procedure of interrupt processing（请描述中断处理的过程）
答：一次中断处理过程简单地归纳为中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回5个阶段
3、what is Interrupt implicit instruction ? Please describe its function.（中断隐式指令是什么？请描述其功能）
答：中断隐指令：cpu响应中断之后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的。
功能：⑴、保存断点；⑵、暂不允许中断；⑶、引出中断服务程序；
4、影响流水线性能的因素有哪些？并简要说明
答：通常由于在流水过程中会出现三种相关，使流水线不断流实现起来很困难，这三种相关是结构相关、数据相关和控制相关。
结构相关是当多条指令进入流水线后，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求时产生的，数据相关是指令在流水线中重叠执行时，当后继指令需要用到前面指令的执行结果时发生的。控制相关是当流水线遇到分支指令和其他改变PC额指令时引起的。
五、综合应用题
1、某机主存容量为4M*16位，且存储字节长等于指令字长，若该机指令系统可完成108种操作，操作码位数固定，且具有直接间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试回答：⑴、画出地址指令格式并指出各字段的作用；
⑵、该指令直接寻址的最大范围；
⑶、一次间址和多次间址的寻址范围；
⑷、立即数的范围【十进制表示】；
⑸、相对寻址的位移量【十进制表示】；
⑹、上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？为什么？哪一种便于
程序动？哪一种最适合处理数组问题？
⑺、如何修改指令格式，使指令格式的寻址范围可扩大到4M？
⑻、为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。
OP
M为寻址方式字段，共3位，可反映6种寻址操作；
A为地址码字段，共16-7-3=6位
⑵、直接寻址的最大范围为：26=64
⑶、由于存储字节长为16位，故一次间址的寻址范围为216；若多次间址，需要存储字的最高位来区别是否继续间接寻址，故寻址范围为216
⑷、立即数的范围为-32—-31（有符号数），或0—63（无符号数）
⑸、相对寻址的位移量为-32—31
⑹、立即寻址的执行时间最短。间接寻址在指令时间上最长。因为立即数由指令直接给出，间接寻址在指令的执行阶段要多次访存，变址寻址由于变址寄存器的内容由用户给定，而且在程序的执行过程中允许用户修改，而其形式地址始终不变，故变址寻址的指令便于用户处理数组问题的程序。相对寻址操作的有效地址只与当前指令地址相差一定的位移量，与直接寻址相比，更有利于程序浮动。
⑺、为使指令寻址范围可扩大到4M，需有效地址22位，此时可将单子长—地址指令的格式
⑻、为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，寻址范围需达到4M，除了采用⑺方案中双字长—地址指令格式外，还可以配置22位基址寄存器或22位的变址寄存器，使EA=BR+A （BR为22位的基址寄存器）或EA=IX+A(IX为22位的变址寄存器)便可访问4M存储空间，还可以通过16位的基址寄存器左移6位再和形式地址A相加，也可达到同样的效果。总之，不论采用何种方式，最终得到的实际地址应是22位。
2、某机有五个中断源L0，L1，L2，L3，L4，按中断响应的优先次序由高向低排序为
L0 L1 L2 L3 L4，根据下示，现要求中断处理次序改为L1 L4 L2 L0 L3，根据线面的格式写出各中断源的屏蔽字。
1表示屏蔽0表示开启
