03级计算机组成原理本科期末试题A带答案(史岚)

1东北大学考试试卷（A卷答案）2004—2005学年第1学期课程名称：计算机组成原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄总分一二三四五六七学院班级学号姓名……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………1．冯·诺依曼机体系结构的主要思想是（）概念。存储程序（并顺序执行）2．为表示无符号数值0～128需要（）个二进制位。83．设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式（含1位符号位）。对应于十进制数–27，寄存器内容为（）H。E54．三级存储系统是指（）这三级。Cache（高缓）-主存-辅存（外存）5．建立高速缓冲存储器的理论依据是（）。程序运行的局部性原理6．硬布线控制器设计的基本思想是：某一微操作控制信号是指令译码输出、（）信号、状态条件（反馈）信号的函数。时序7．寄存器IR的作用是（）。存放当前执行的指令8．在微程序控制器中，时序信号常采用（）的二级体制。节拍（电位）-脉冲9．为实现中断，保护断点和现场一般使用（）。堆栈10．中断向量是指（）。中断服务程序的入口地址（中断服务程序的PC及其PSW内容）1．浮点数用规格化形式表示是为了扩大数值的表示范围。（错）2．多体交叉存储器主要解决的问题是扩充主存储器的容量。（错）3．EEPROM是允许用电擦除后重写的只读存储器。（对）4．在取指令操作完成后，程序计数器PC中存放的是下一条顺序执行的指令的地址。（对）5．控制存储器用来存放微程序和数据。（错）6．中断系统是由软硬件结合实现的。（对）7．Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache。（错）8．取指令操作不受指令的操作码控制。（对）9．双端口存储器之所以能高速读写，是因为采用了流水技术。（错）10．因为DRAM是破坏性读出，必须不断地刷新。（错）一、（10分）填空题（答案请勿直接写在每小题的括号里，请答在本题下面空白处。每空1分）二、（10分）判断题（在每小题后的括号内答“对”或“错”。每小题1分）2三、（20分）简要回答下列问题2．（5分）比较SRAM芯片与DRAM芯片的主要异同点。答：DRAM芯片与SRAM芯片相同之处——都有存储体、地址译码驱动系统、I/O和读写控制电路几个部分作为芯片构成；DRAM芯片与SRAM芯片不同之处——（1）增加了刷新控制电路（2）地址引脚复用——减少引线：由RAS*和CAS*分时选择地址并锁存到芯片中；（3）一般没有CS*信号；代之以RAS*和CAS*；（4）在×1（例：16K×1、256K×1等）的DRAM芯片中，数据线D常分为两个引脚：Din和Dout。3．（5分）指令和数据都在内存中，计算机如何区分某次访问内存取出的是指令还是数据？答：主要由时序信号来区分——取指令机器周期取出来的是指令，而执行周期（其他机器周期）访存取出来的是数据。进一步说，取出来的内容若送往控制器，则为指令；若送往执行部件则为数据。4．（5分）在微程序控制器中微程序计数器（μPC）可以用有计数功能（加1）的微地址寄存器（μAR）来代替。试问，程序计数器（PC）是否可以用有计数功能（加1）的存储器地址寄存器（MAR）来代替？为什么？答：不可以。原因是：MAR除了存放指令地址外还用来存放数据地址；而微程序控制器中的μPC或μAR只是用来存放微指令的地址。1．（5分）什么是“中断响应”？中断周期完成的主要操作有哪些？答：处理器从发现中断请求、终止现运行程序到调出中断服务程序的过程称为中断响应。中断周期完成的主要操作：关中断，保护断点（PC和PSWR的内容入栈）和找到中断源（装入新的PC和PSWR）。3五、（15分）某CPU提供16条地址线（A15～A0）、8条数据线（D7～D0）及R/W控制信号（高电平为读，低电平为写）。目前要为该机配8KB主存，其中4KB为ROM，占据最低地址区，采用2K×8位的EPROM芯片构成；另外4KB为RAM，采用4K×2位的SRAM芯片构成，占据以4000H为起始地址的连续区域。问：（1）需要已知的EPROM芯片和SRAM芯片各多少片？写出各芯片的二进制地址范围；（2）画出包括片选逻辑在内的CPU与存储器之间的连接图（译码器、门电路自定）。解答：（1）需要已知的EPROM为2片，SRAM为4片；各芯片的二进制地址范围如下所示：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0第1片EPROM0000000000000000┇┇┇┇┇0000011111111111第2片EPROM0000100000000000┇┇┇┇┇0000111111111111第1片~第4片SRAM（并联）的地址范围0100000000000000┇┇┇┇0100111111111111四、（12分）一个组相联Cache由64个存储块组成，主存由8192个存储块组成；每组包含4个块，每块由32个字组成，存储器按字编址。要求：（1）求主存地址有多少位？Cache地址有多少位？其地址映射是几路组相联？（2）计算主存地址格式中，区号、组号、组内块号和块内地址字段的位数各是多少。解答：（1）主存地址为18位，Cache地址为11位，其地址映射为4路组相联。（2）区号组号组内块号块内地址7位4位2位5位解答：（2）图略（不唯一）4各级中断处理程序及用户程序的屏蔽字CPU运行屏蔽字中断处理程序ABCDA级中断处理程序1101A级中断处理程序B级中断处理程序0100C级中断处理程序1111B级中断处理程序D级中断处理程序0101用户程序0000C级中断处理程序D级中断处理程序用户程序A、B、C、D四级中断请求同时出现时刻t时间T六、（15分）已知某机有四级中断A、B、C、D，其中断响应优先级由高到低依次为A→B→C→D。现在为了调整各级中断的处理次序，用软件修改各级中断的屏蔽字如左下表所示，其中“1”表示中断屏蔽，“0”表示中断开放。问：（1）按此表改变后的中断处理次序是怎样的？（2）当CPU运行用户程序的某时刻t（见右下图中的标示），A、B、C、D四级中断请求同时出现，请在右下图中画出CPU运行程序的轨迹。解答：（1）改变后的中断处理次序是C→A→D→B。（2）见右图。5七、（18分）双总线结构的模型计算机数据通路如下图所示。其中的ALU具有算术加运算和算术减运算的功能，算术加是对其输入端寄存器X和Y中的内容进行二进制加法即（X）+（Y）；算术减则是完成（X）+（–Y），（–Y）代表（Y）的反码。上述加、减运算由ALU上的控制信号+、–控制。图中的连线上标有控制信号的，用下标i表示输入控制信号，o表示输出控制信号；线上无标示的为直通信号，不受控制。控制信号G控制A总线与B总线之间的门是否打开。现用水平型字段直接译码结合下址字段法设计该机微指令格式，假定设计好的全部微程序流程中，需要分支转移的地方共有6个，控存容量为256字，并设微程序可以在控存的全部空间内转移。要求设计完成的微指令长度不超过25位。（1）请设计出该机微指令的格式。（2）假设指令SUBR1，R3【指令功能：（R1）–（R3）→R1）】的取指令工作已经完成，指令码已取到IR中，且操作数a和b（补码形式）也已经在R1和R3中；问：按（1）中设计的微指令格式实现a–b并将结果补码送到R1需要几条微指令？写出实现该操作的微程序代码，忽略顺序控制字段。图中：IR——指令寄存器，PC——程序计数器（在PC+1信号控制下完成自增计数），M——主存（受读、写信号控制），MAR——存储器地址寄存器，MDR——存储器数据寄存器，R0、R1、R2、R3——通用寄存器，X、Y——ALU的输入寄存器。解答：（1）设计微指令格式如下：A总线→寄存器寄存器→B总线ALU运算MALU+1PC+1G打开P字段下址字段4位：3位2位2位1位1位1位3位8位0000：无000：无00：无00：无0：不+10：不+10：G不打开0001：R0i001：R0o01：+01：读1：+11：+11：G打开0010：R1i010：R1o10：－10：写0011：R2i011：R2o0100：R3i100：R3o0101：MDRi101：MDRo0110：PCi110：PCo0111：IRi111：IRo1000：Xi1001：Yi1010：MARi（2）实现a-b并将结果补码送R1需要3条微指令。实现该操作的微程序代码如下（忽略顺序控制字段）：1000010000000110011000000001001000010001016薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇