【精选】计算机组成原理大题

1. 假设某基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其余为I/O时间。若CPU 的速度提高50%，I/O速度不变，则运行基准程序A所耗费的时间为？（请写成计算过程）

解答：

1. 若某程序编译后生成的目标代码由A、B、C、D四类指令组成，它们在程序中所占比例分别为40%、20%、15%、25%。已知A、B、C、D四类指令的CPI分别为1、2、2、2。现需要对程序进行编译优化，优化后的程序中A类指令条数减少了一半，而其它指令数量未发生变化。假设运行该程序的计算机CPU主频为500MHZ。 （1）优化前、后的CPI各为多少？ （2）优化前、后程序的MIPS为？ （3）通过上面的计算结果，你能得出什么结论？

解答：

1. DRAM电容上的电荷一般只能维持1-2ms,所以每隔2ms必须刷新一次，常用的刷新方式有哪些？

解答： 刷新是因为（ 存储电荷的电容放电 ）

1.集中刷新

集中刷新是在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读/写操作。

2.分散刷新

分散刷新是指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。其中，把机器的存取周期tc分成两段，前半段tM用来读/写或维持信息，后半段tR用来刷新。

3.异步刷新

既可以缩短“死时间”，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点，具体操作为：在2ms内对128行各刷新一遍

2. 一个四体并行交叉存储器，每个模块容量是64K×32位，按字编址，存取周期为200ns，请问在一个存取周期中，整个存储器能向CPU提供多少位二进制信息？

解答：

1. 已知接收到的汉明码为0100111（按配偶原则配置），试问欲传送的信息是什么？

解答：

2. 若某存储器存储周期为250ns,每次读出16位，该存储器的数据传输率是多少？

解答：

3. 设某机主存容量为16MB，按字节编址，缓存的容量为16KB。每字块有8个字，每个字32位。设计一个四路组相连映射（即缓存每组内共有4个字块）的缓存组织，要求：

（1）给出主存地址字段中各段的位数。

（2）设缓存初态为空，CPU依次从主存第0、1、2、…、99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此次序读8次，问命中率是多少？

（3）若缓存的速度是主存速度的6倍，试问有缓存和无缓存相比，速度提高多少倍？

4. 一个采用直接映射方式的16KB缓存，假设块长为8个32位的字，按字节编址，则地址为FDA459H的主存单元映射到缓存的第几块内（十进制表示）。

直接映射方式下，块大小8*4B=32B, 所以块内位移占5位 16KB/32B=512,即有512个Cache块，Cache块号占9位

FDA459H=1111 1101 1010 0100 0101 1001, 从右边开始向左，5位块内位移，9位块号为10 0100 010，十进制数为290

5. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用作为访存控制信号（低电平有效），用作为读/写控制信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：1K×4位RAM，4K×8位RAM,2K×8位ROM以及74138译码器和各种门电路，如下图所示。画出CPU与存储芯片的连接图， 要求：

（1）主存地址空间分配：8000H87FFH为系统程序区；8800H8BFFH为用户程序区。 （2）合理选用上述存储芯片，说明各选几片。 （3）详细画出存储芯片与CPU的连接图。 解答：

1. 某机的机器字长为16位，主存按字编址，指令格式如下： 其中，D为位移量；X为寻址特征位。 X=00: 直接寻址; X=01: 用变址寄存器X1寻址 X=10: 用变址寄存器X2寻址; X=11: 相对寻址 设（PC）=1234H, (X1)=0037H, (X2)=1122H(H代表十六位进制数)， 请确定下列指令的有效地址： (1)4420H (2) 2244H (3) 1322H (4) 3521H (5) 6723H

解答：

ps：取指后，PC=1235H(不是1236H,因为主存按字编址)

2. 假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址3种格式。 1）设操作码固定，若零地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地址指令最多有几种？ 2）采用扩展操作码技术，二地址指令最多有几种？ 3）采用扩展操作码技术，若二地址指令有P条，零地址指令有Q条，则一地址指令最多有几种？ 解答：

3. 某模型机共有64种操作，操作码位数固定，且具有以下特点。 (1) 采用一地址或二地址格式。 (2) 有寄存器寻址、直接寻址和相对寻址（位移量-128~+127）三种寻址方式。 (3) 有16个通用寄存器，算术运算和逻辑运算的操作数均在寄存器中，结果也在寄存器中。 (4) 取数/存数指令在通用寄存器和存储器之间传递数据。 (5) 存取器容量为1MB，按字节编址。 要求设计算术/逻辑指令、取数/存数指令和相对转移指令的格式。

解答:

1. 设X=+11/16,Y=+6/16，试用变形补码计算x+y并判断是否溢出。

解答： X=+11/16=+0.1011B Y=+3/16=+0.011B [X]原=00.1011 [Y]原=00.011 [X]补=00.1011 [Y]补=00.011 [X+Y]补=[X]补+[Y]补=00.1011+00.0011=01.0001 [X+Y]原=01.0001

2. 浮点数加、减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和判溢出等步骤。设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示，且位数分别为 5 位和 7 位（均含 2 位符号位）。若有两个数 X=×29/32 ， Y=×5/8 ，则用浮点加法计算 X+Y 的最终结果是？请写出计算过程。

解答： 小数化二进制：29/32=0.1110100，5/8=0.1010000 求阶差：△E=7-5=[7]补+[-5]补=00010=2 对阶：25 x 0.1010000 = 27 x 0.0010100 27 x 0.1110100 + 27 x 0.0010100 = 200111 x 1.0001000 因为尾数为01.xx或10.xx为溢出，执行尾数右移规格化为201110 x 0.1000100 因为01110的高2位符号位不同，价码溢出，说明结果溢出

3. 利用1位全加器设计一个16位的ALU，画出电路图并说明电路信息传输是并行还是串行，哪些地方并行，哪些地方串行。 已知1位全加器的 解答：

5. 设计一个32位的ALU，利用CLA74182和SN74181芯片.画出电路图并说明电路信息传输是并行还是串行，哪些地方并行，哪些地方串行。 解答：

6. 一个全加器包括3个输入和两个输出，输入端分别为加数Xi和Yi，低位进位输入Ci。输出端分别为和Si及本次高位进位输出Ci+1。 Si=Xi⊕Yi⊕Ci Ci+1 = Xi Yi + (Xi ⊕ Yi )Ci。假设所有与门和或门的传播时间延迟为T，异或门的延迟是6T. 问题 （1）和Si的时间延迟？ （2）进位输出Ci+1的时间延迟？ 解答：

1. 已知接收到的汉明码为0100111（按配偶原则配置），试问欲传送的信息是什么？

解答：

1. 当读取并执行一条指令时，控制器的主要功能是什么？ 解答：

2. 简述中央处理器的基本功能。

解答：

3. 流水计算机的数据相关主要分为写后读（RAW）、读后写（WAR），写后写(WAW)。请指出下面三组指令中各存在哪种类型的数据相关？ （1）LDA R1，A ；M（A）→R1；M（A）是存储单元

（2）ADD R3，R4 ；（R3）+（R4） →R3

（3）LDA R6，B ；M（B） →R6，M（B）是存储单元

解答：

4. 指令和数据都存于存储器中，CPU如何区分它们？ 解答：

1. 下图所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W#信号控制），AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中yi表示y寄存器的输入控制信号，R1o为寄存器R1的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。 “ADD　R2,R0”指令完成(R2)+(R0)→R0的功能操作，画出其指令周期流程图，假设该指令的地址已放入PC中。并在流程图每一个CPU周期右边列出相应的微操作控制信号序列。

解答：

取指周期 T1 PC→AR PCo ,G ,ARi 执行周期 T1 R2→X R2o,G,Xi

取指周期 T2 M→DR R/=R 执行周期 T2 R1→Y R1o,G,Yi

取指周期 T3 DR→IR DRo,G,IRi 执行周期 T3 ( R2)+(R0)→R0 + ,ALUo,G,ROi

1. 在程序查询方式的输入输出系统中，假设不考虑处理时间，每个查询操作需要100个时钟周期，CPU的时钟频率为50MHz。现有鼠标和硬盘两个设备，而且CPU必须每秒对鼠标进行30次查询，硬盘以32位字长为单位传输数据，即每32位被CPU查询一次，传输率为2*B/s。求CPU对这两个设备查询所花费的时间比率，由此可得出什么结论？

解答：

解答：

按下图所示时间轴给出的设备请求中断的时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设ABC中断服务程序的执行时间均为20微秒。

解答：

4. 设某机有5级中断：L0，L1，L2，L3，L4，其中断响应优先次序为L0最高，L1次之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1->L3->L0->L4->L2,试问下表中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置（每级对应一位，该位为“0”表示允许中断，该位为“1”表示中断屏蔽）？ 解答：