一、选择题（50分，每题2分，正确答案可能不只一个，可单选或复选）
1.（CPU周期、机器周期）是内存读取一条指令字的最短时间。
2.（多线程、多核）技术体现了计算机并行处理中的空间并行。
3.（冯?诺伊曼、存储程序）体系结构的计算机把程序及其操作数据一同存储在存储器里。
4.（计算机体系结构）是机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性，其实质是确定计算机系统中软硬件的界面。
5.（控制器）的基本任务是按照程序所排的指令序列，从存储器取出指令操作码到控制器中，对指令操作码译码分析，执行指令操作。
6.（流水线）技术体现了计算机并行处理中的时间并行。
7.（数据流）是执行周期中从内存流向运算器的信息流。
8.（指令周期）是取出并执行一条指令的时间。
9.1958年开始出现的第二代计算机，使用（晶体管）作为电子器件。
10.1960年代中期开始出现的第三代计算机，使用（小规模集成电路、中规模集成电路）作为电子器件。
11.1970年代开始出现的第四代计算机，使用（大规模集成电路、超大规模集成电路）作为电子器件。
12.Cache存储器在产生替换时，可以采用以下替换算法：（LFU算法、LRU算法、随机替换）。
13.Cache的功能由（硬件）实现，因而对程序员是透明的。
14.Cache是介于CPU和（主存、内存）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。
15.Cache由高速的（SRAM）组成。
16.CPU的基本功能包括（指令控制、操作控制、时间控制、数据加工）。
17.CPU的控制方式通常分为：（同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式）反映了时序信号的定时方式。
18.CPU的联合控制方式的设计思想是：（在功能部件内部采用同步控制方式、在功能部件之间采用异步控制方式、在硬件实现允许的情况下，
尽可能多地采用异步控制方式）。
19.CPU的同步控制方式有时又称为（固定时序控制方式、无应答控制方式）。
20.CPU的异步控制方式有时又称为（可变时序控制方式、应答控制方式）。
21.EPROM是指（光擦可编程只读存储器）。
22.MOS半导体存储器中，（DRAM）可大幅度提高集成度，但由于（刷新）操作，外围电路复杂，速度慢。
23.MOS半导体存储器中，（SRAM）的外围电路简单，速度（快），但其使用的器件多，集成度不高。
24.RISC的几个要素是（一个有限的简单的指令集、CPU配备大量的通用寄存器、强调对指令流水线的优化）。
25.奔腾CPU采用2条指令流水线，能在1个时钟周期内发射2条简单的整数指令，也可发射（1）条浮点指令。
26.奔腾CPU的大多数简单指令用硬布线控制实现，在1个时钟周期内执行完毕。而对于用微程序实现的指令，也在（2、3）个时钟周期内执
行完毕。
27.奔腾CPU的外部中断是由CPU的外部硬件信号引发的，包括（可屏蔽中断、非屏蔽中断）。
28.奔腾CPU的异常中断是由指令执行引发的，包括（执行异常、执行软件中断指令）。
29.奔腾CPU是Intel公司生产的一种（超标量）流水处理器。
30.程序控制类指令的功能是（改变程序执行的顺序）。
31.从CPU来看，增加Cache的目的，就是在性能上使（主存、内存）的平均读出时间尽可能接近Cache的读出时间。
32.从执行程序的角度看，最低等级的并行是（指令内部）并行。
33.从执行程序的角度看，最高等级的并行是（作业级、程序级）并行。
34.存储器堆栈是由程序员设置出来作为堆栈使用的一部分（主存储器）。
35.当CPU和主存进行信息交换，即CPU（向主存存入数据、从主存读出数据、从主存读出指令）时，都要使用地址寄存器和数据寄存器。
36.当代总线分为（数据传送总线、仲裁总线、中断和同步总线、公用线）。
37.当代总线是一些标准总线，追求与（技术、结构、CPU、厂家）无关的开发标准。
38.当执行指令时，CPU能自动（递增）程序计数器的内容，使其始终保持将要执行的下一条指令的主存地址，为取下一条指令做好准备。
39.到目前为止，使用最为广泛的计算机形态是：（嵌入式计算机）。
40.堆栈是一种特殊的数据寻址方式，基于（FILO、LIFO）原理。
41.堆栈寻址方式中，设A为累加器，SP为堆栈指示器，M SP为SP指示的栈顶单元。如果进栈操作的动作顺序是(A)→M SP，(SP)-1→SP，那么出
栈操作的动作顺序应为（(SP)+1→SP，(M SP)→A）。
42.冯?诺伊曼体系结构的计算机具有共同的基本配置，即具有几大部件：运算器、控制器、（I/O设备、存储器）。
43.冯?诺依曼计算机体系结构的主要特点是（使用二进制数、存储程序）。
44.冯?诺依曼型计算机的设计思想是（存储程序并按地址顺序执行）。
45.广义地讲，并行性中的并发性是指两个以上事件在（同一时间间隔内）发生。
46.广义地讲，并行性中的同时性是指两个以上事件在（同一时刻）发生。
47.计算机的专用和通用是根据计算机的（效率、速度、价格、运行的经济性和适应性）来划分的。
48.寄存器堆栈是（CPU）中设置的一组专门用于堆栈的寄存器。
49.具有相同（计算机体系结构）的计算机，可以采用不同的（计算机组成）。
50.开发RISC系统的目标是：（使处理器的结构更简单，更合理、提高处理器的性能、提高处理器的执行效率、降低处理器的开发成本）。
51.流水CPU通常由（指令部件、指令队列、执行部件）等几个部分组成，这几个功能部件可以组成一个多级流水线。
52.奇偶校验无法检测（偶数个、偶数个）错误，更无法识别错误信息的（位置、内容）。
53.取出和执行任何一条指令所需的最短时间为（2）个CPU周期。
54.世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC使用（电子管）作为电子器件。
55.适配器的作用是保证（I/O设备）用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。
56.双端口存储器是一种高速工作的存储器，指同一个存储器具有两组相互独立的（读写）控制线路，可以对存储器中（任何）位置上的数据
进行独立的存取操作。
57.通用计算机可分为（超级计算机、大型机、服务器、工作站）、微型机和单片机。
58.微程序控制器的基本思想是：将微操作控制信号按一定规则进行编码，形成（微指令），存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又
一条地读出它们，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。
59.为了解决多个主设备同时（竞争）总线（控制）权的问题，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主
方。
60.为了提高浮点数的表示精度，当尾数不为（0）时，通过修改阶码并移动小数点，使尾数域的最高有效位为（1），这称为浮点数的规格化表
示。
61.为了执行任何给定的指令，必须对指令操作码进行测试，以便识别所要求的操作，CPU中的（指令译码器）就是完成这项工作的。
62.相对于硬布线控制器，微程序控制器的优点在于（结构比较规整、复杂性和非标准化程度较低、增加或修改指令较为容易）。
63.相联存储器是以（关键字、内容）来访问存储器的。
64.虚拟存储器可看作是一个容量非常大的（逻辑）存储器，有了它，用户无需考虑所编程序在（主存）中是否放得下或放在什么位置等问题。
65.虚拟地址空间的大小实际上受到（辅助存储器）容量的限制。
66.虚拟地址由（编译程序）生成。
67.一个计算机系统可以在不同的并行等级上采用流水线技术。按照流水的级别，流水线可分类为（算术流水线、指令流水线、处理机流水线、
宏流水线）。
68.一条机器指令是由若干条（微指令）组成的序列来实现的，而机器指令的总和便可实现整个指令系统。
69.一条机器指令是由若干条微指令组成的序列（通常叫做（微程序））来实现的，而机器指令的总和便可实现整个指令系统。
70.一条指令中的操作数地址，可以有（0、1、2、3）个。
71.一种（计算机组成）可以采用多种不同的（计算机实现）。
72.以下4种类型指令中，执行时间最长的是（SS型指令）。
73.以下4种类型指令中，执行时间最短的是（RR型指令）。
74.以下关于流水线技术的描述中，正确的是（就一条指令而言，其执行速度没有加快、就程序执行过程的整体而言，程序执行速度大大加快、
适合于大量的重复性的处理）。
75.以下句子中，正确的是（CPU中的微程序是可重写的、可以通过修改成品CPU来改变CPU的译码方式）。
76.以下句子中，正确的是（各条指令的取指阶段所用的CPU周期是完全相同的、由于各条指令的功能不同，指令的执行阶段所用的CPU周期
是各不相同的）。
77.以下句子中，正确的是（一条指令的取出阶段需要1个CPU周期时间、一条指令的执行阶段需要至少1个CPU周期时间）。
78.以下指令存在哪些类型的数据相关？（RAW相关、WAW相关）
LAD R6, B ；M(B)→R6，M(B)是存储器单元
MUL R6, R7 ；(R6)×(R7)→R6
79.以下指令存在哪些类型的数据相关？（WAR相关）
STA M(x)，R3 ；(R3)->M(x)，M(x)是存储器单元
ADD R3，R4，R5 ；(R4)+(R5)->R3
80.以下指令存在哪些类型的数据相关？（WAW相关）
MUL R3，R1，R2 ；(R1)×(R2)->R3
ADD R3，R4，R5 ；(R4)+(R5)->R3
81.硬布线控制器的特点是（设计非常复杂，且代价很大、调试非常复杂，且代价很大、速度较快，主要取决于逻辑电路的延迟）。
82.运算型指令的寻址与转移型指令的寻址，其不同点在于（前者取操作数，后者决定程序转移地址）。
83.在（定点）运算中，为了判断溢出是否发生，可采用双符号位检测法。不论溢出与否,其（最高）符号位始终指示正确的符号。
84.在CPU中，操作控制器的功能就是根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成（取指令、
执行指令、分析指令、取操作数）的控制。
85.在CPU中，程序计数器用来保存（下一条指令的地址）。
86.在CPU中，跟踪指令后继地址的寄存器是（程序计数器）。
87.在CPU中，控制器通常由（程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器）和操作控制器组成。
88.在CPU中，数据寄存器用来暂时存放（由主存读出的一条指令、由主存读出的一个数据字、向主存存入的一条指令、向主存存入的一个数
据字）。
89.在CPU中，运算器的主要功能是进行（算术运算、逻辑测试、逻辑运算）。
90.在CPU中，运算器通常由（算术逻辑单元、累加寄存器、数据寄存器、状态条件寄存器）组成。
91.在CPU中，指令寄存器用来保存（当前指令）。
92.在CPU中，状态条件寄存器（PSW）用来保存（标志位、条件码、中断信息、状态信息）。
93.在IEEE 754标准中，对于一个规格化的32位浮点数，其尾数域所表示的值是（1.M），这是因为规格化的浮点数的尾数域最左（最高有效
位）总是（1），故这一位经常不予存储，而认为隐藏在小数点的左边，这可以使尾数表示范围多一位，达（24）位。
94.在操作控制器中，(微程序控制器)是采用存储逻辑来实现的。
95.在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（补码运算的二进制加法器）来实现。
96.在对RISC机器基本概念的描述中，正确的是（RISC机器一定是流水CPU）。
97.在对流水CPU基本概念的描述中，正确的是（流水CPU是一种非常经济而实用的时间并行技术）。
98.在计算机的流水处理过程中，要使流水线具有良好的性能，必须使流水线畅通流动，不发生断流。但由于流水过程中会出现（资源相关、
数据相关、控制相关）等相关冲突，实现流水线的不断流是困难的。
99.在计算机系统的层次结构中，（高级语言级、汇编语言级）采用符号语言。
100.在计算机系统的层次结构中，（微程序设计级、操作系统级、机器语言级）采用二进制数语言。
101.在计算机系统的层次结构中，属于软件级的是（高级语言级、汇编语言级）。
102.在计算机系统的层次结构中，属于软硬件混合级的是（操作系统级）。
103.在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是（微程序设计级、机器语言级）。
104.在计算机系统中，CPU管理外围设备的方式，除了程序查询之外，还包括（程序中断、DMA、通道、PPU）。
105.在计算机中,（CPU对主存的读取、CPU对主存的写入、输入设备与主存的数据交换、输出设备与主存的数据交换）一般都采用异步控制方式，以保证执行时的高速度。
106.在流水CPU中，为了解决执行段的速度匹配问题，一般采用的方法包括：（将执行部件分为定点执行部件和浮点执行部件两个可并行执行的部分，分别处理定点运算指令和浮点运算指令、在浮点执行部件中，包括浮点加法部件和浮点乘/除部件，它们可以同时执行不同的指令、浮点运算部件以流水线方式工作）。
107.在流水CPU中，指令部件本身又构成一个流水线，即指令流水线，由（取指令、指令译码、计算操作数地址、取操作数）等几个过程段组成。
108.在流水过程中存在的相关冲突中，（控制相关）是由转移指令引起的。
109.在流水过程中存在的相关冲突中，（数据相关）是由于指令之间存在数据依赖性而引起的。
110.在流水过程中存在的相关冲突中，（资源相关）是指多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一个功能部件所发生的冲突。
111.在流水计算机中采用多体交叉存储器，其目的是（解决存储器的速度匹配问题、使存储器的存取时间能与流水线中其他过程段的速度相匹配）。
112.在奇偶校验中，只有当数据中包含有（偶数、奇数）个1时, 偶校验位C=（0、1）。
113.在一个计算机系统中，宏流水线是指程序步骤的并行，是（处理机）级流水线。
114.在一个计算机系统中，算术流水线是指运算操作步骤的并行，是（部件）级流水线。
115.在一个计算机系统中，指令流水线是指指令步骤的并行，是（处理器）级流水线。
116.在主存与Cache间建立地址映射，有几种不同的地址映射方式，它们是（全相联映射方式、直接映射方式、组相联映射方式）。
117.在总线仲裁方式中，（集中式）仲裁需要（中央仲裁器）。
118.指令的顺序寻址方式，是指下一条指令的地址由（程序计数器）给出。
119.指令的跳跃寻址方式，是指下一条指令的地址由本条指令直接给出，因此，（程序计数器）的内容必须相应改变，以便及时跟踪新的指令地址。
120.指令格式就是（指令字）用二进制代码表示的结构形式。
121.指令格式中的（操作码）字段，用来表征指令的操作特性与功能。
122.指令格式中的地址码字段，通常用来指定参与操作的（操作数）或其地址。
123.指令流是取指周期中从内存流向（控制器）的信息流。
124.中央处理器包括（运算器、控制器、Cache）。
125.状态条件寄存器（PSW）通常保存（运算结果进/借位标志、运算结果溢出标志、运算结果为零标志、运算结果符号标志）和运算结果为负标志。
126.总线的特性包括（物理特性、功能特性、电气特性、时间特性）。
二、简答题（20分，每题4分）
1.Cache存储器中为什么会产生替换？请列举3种常用的替换算法。
【解】
Cache工作原理要求它尽量保存最新数据，当一个新的主存块需要拷贝到Cache，而允许存放此块的行位置都被其他主存块占满时，就要产生替换。
常用替换算法包括：最不经常使用(LFU)算法、近期最少使用(LRU)算法、随机替换。
2.多处理机系统与机群系统有什么差别？
【解】
多处理机系统由若干台独立的计算机组成，每台计算机能够独立执行自己的程序，彼此之间通过互连网络连接，实现程序之间的数据交换和同步。
机群系统是一组完整的计算机互连，它们作为一个统一的计算资源一起工作，并能产生一台机器的印象。
3.多机系统中的紧耦合系统与松耦合系统有什么差别？
【解】
紧耦合系统又称直接耦合系统，指计算机间物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关实现计算机间的互连，可以共享主存。
松耦合系统又称间接耦合系统，一般是通过通道或通信线路实现计算机间的互连，可以共享外存设备。
4.多模块交叉存储器是如何加速CPU和存储器之间的有效传输的？
【解】
CPU同时访问多个模块，由存储器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。对每一个存储模块来说，从CPU给出访存命令直到读出信息仍然使用了一个存取周期时间，而对CPU来说，它可以在一个存取周期内连续访问多个模块。各模块的读写过程将重叠进行，所以多模块交叉存储器是一种并行存储器结构。
5.何谓动态执行技术？
【解】
所谓动态执行技术，就是通过预测程序流来调整指令的执行，并分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序
6.请比较虚拟存储器和Cache这两种存储系统的相似之处和主要区别。
【解】
相似之处：①把程序中最近常用的部分驻留在高速的存储器中；②一旦这部分变得不常用了，把它们送回到低速的存储器中；③这种换入换出是由硬件或操作系统完成的，对用户是透明的；④力图使存储系统的性能接近高速存储器，价格接近低速存储器。
主要区别：在虚拟存储器中未命中的性能损失要远大于Cache系统中未命中的损失。
7.请简述Cache的基本工作过程。
【解】
当CPU读取主存中一个字时，便发出此字的内存地址到Cache和主存。此时Cache控制逻辑依据地址判断此字当前是否在 Cache中：若是，此字立即传送给CPU；若非，则用主存读周期把此字从主存读出送到CPU，与此同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到Cache中。
8.请简述存储器扩展的3种方法。
【解】
存储器芯片的容量是有限的，需要在字向和位向两方面进行扩充才能满足实际存储器的容量要求。通常采用位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法。
位扩展法：只加大字长，而存储器的字数与存储器芯片字数一致，对片子没有选片要求。
字扩展法：仅在字向扩充，而位数不变，由片选信号来区分各片地址。
字位同时扩展法：在字向和位向同时进行扩展。
9.请简述CPU对存储器进行读/写操作的过程。
【解】
首先由地址总线给出地址信号，然后要发出读操作或写操作的控制信号，最后在数据总线上进行信息交流。
10.请简述单机系统中单总线、双总线和三总线结构彼此之间有什么不同？
【解】
单总线结构：使用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。总线只能分时工作，使信息传送的吞吐量受到限制。
双总线结构：在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使CPU可通过专用总线与存储器交换信息，并减轻了系统总线的负担。主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作，而不必经过CPU
三总线结构：在双总线系统的基础上增加I/O总线，其中，系统总线是CPU、主存和通道（IOP）之间进行数据传送的公共通路，而I/O总线是多个外部设备与通道之间进行数据传送的公共通路。通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，它分担了一部分CPU的功能，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的数据传送。
11.请简述计算机并行处理技术中的时间并行和空间并行。
【解】
时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。时间并行性概念的实现方式就是采用流水处理部件，是一种非常经济而实用的并行技术，能保证计算机系统具有较高的性能价格比。
空间并行：以“数量取胜”为原则来大幅度提高计算机的处理速度。空间并行技术主要体现在多处理器系统和多计算机系统。
12.请简述现代计算机系统中的多级存储器体系结构。
【解】
为了解决对存储器要求容量大、速度快、成本低三者之间的矛盾，目前在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。
13.请简述计算机的流水处理过程。
【解】
为了实现流水，首先把输入的任务(或过程)分割为一系列子任务，并使各子任务能在流水线的各个阶段并发地执行。当任务连续不断地输入流水线时，在流水线的输出端便连续不断地吐出执行结果，从而实现了子任务级的并行性。
14.请简述运算器的单总线、双总线和三总线结构形式彼此之间有什么不同？
【解】
单总线结构：所有部件都接到同一总线上。在同一时间内,只能有一个操作数放在单总线上。把两个操作数输入到ALU,需要分两次来做,而
且还需要两个缓冲寄存器。
双总线结构：两个操作数同时加到ALU进行运算,只需要一次操作控制就可以得到运算结果。但是因为两条总线都被输入数占据，因而ALU 的输出不能直接加到总线上去，而必须在ALU输出端设置缓冲寄存器。
三总线结构：ALU的两个输入端分别由两条总线供给,而ALU的输出则与第三条总线相连。这样,算术逻辑操作就可以在一步的控制之内完成。
15.如何区分选择型DMA控制器和多路型DMA控制器？
【解】
选择型DMA控制器在物理上可以连接多个设备，而在逻辑上只允许连接一个设备，在某一段时间内只能为一个设备服务。
多路型DMA控制器不仅在物理上可以连接多个外围设备，而且在逻辑上也允许这些外围设备同时工作。
16.如何区分选择通道、数组多路通道和字节多路通道？
【解】
选择通道：在物理上它可以连接多个设备，但是这些设备不能同时工作，在某一段时间内通道只能选择一个设备进行工作。
数组多路通道：当某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设备在执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与这个设备的连接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序。
字节多路通道：字节多路通道主要用于连接大量的低速设备，这些设备的数据传输率很低，因此通道在传送两个字节之间有很多空闲时间，字节多路通道正是利用这个空闲时间为其他设备服务。
17.什么是页式虚拟存储器中的快表？
【解】
为了避免页表已保存或已调入主存储器时对主存访问次数的增多，把页表的最活跃部分存放在高速存储器中组成快表，以减少时间开销。快表由硬件组成，它比页表小得多。
18.什么是虚拟存储器中的段页式管理？
【解】
采用分段和分页结合的方法。
程序按模块分段，段内再分页，进入主存仍以页为基本信息传送单位，用段表和页表进行两级定位管理。
19.什么是EDRAM芯片？它有何好处？
【解】
EDRAM芯片又称增强型DRAM芯片，它是在DRAM 芯片上集成了一个SRAM实现的小容量高速缓冲存储器（Cache），从而使DRAM芯片的性能得到显著改进。
20.为了使CPU不至因为等待存储器读写操作的完成而无事可做，可以采取哪些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施？
【解】
主存储器采用更高速的技术来缩短存储器的读出时间，或加长存储器的字长；
采用并行操作的双端口存储器；
在CPU和主存储器之间插入一个高速缓冲存储器（Cache），以缩短读出时间；
在每个存储器周期中存取几个字。
21.虚拟存储器中的页面替换策略和Cache中的行替换策略有什么显著不同？
【解】
①缺页至少要涉及一次磁盘存取，以读取所缺的页面，系统损失比Cache未命中大得多；
②页面替换是由操作系统软件实现的；
③页面替换的选择余地很大，属于一个进程的页面都可替换。
22.在主存与Cache间为什么要建立地址映射？请简述3种不同的地址映射方式。
【解】
与主存容量相比，Cache的容量很小，它保存的内容只是主存内容的一个子集。为了把主存块放到Cache中，必须应用某种方法把主存地址定位到Cache中，称作地址映射。
地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种：
全相联映射方式：将主存的一个块直接拷贝到Cache中的任意一行上。
直接映射方式：一个主存块只能拷贝到Cache的一个特定行位置上去。
组相联映射方式：将Cache分成u组，每组v行，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一行则是灵活的。
三、应用题
1.CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为2000次，主存完成存取的次数为180次，已知Cache存储周期为40ns，主存存储周期为250ns，求Cache的命中率、Cache/主存系统的效率和平均访问时间。（10分）
【解】
Nc = 2000，Nm = 180
tc = 40 ns，tm = 250 ns
∴命中率h = Nc/(Nc+Nm) = 2000/(2000+180) = 0.917 = 91.7%
平均访问时间ta = h*tc+(1-h)tm = 0.917*40+(1-0.917)*250 = 57.43 ns
效率e = tc/ta = 40/57.43 = 0.6965 = 69.65%
2.将十进制数-0.421875转换成IEEE-754标准的32位浮点规格化数，要求给出具体过程。（10分）
【解】
首先分别将十进制数转换成二进制数：
(-0.421875)10=-0.011011
然后移动小数点，使其在第1，2位之间
-0.011011=-1.1011×2-2 e=-2
于是得到：
S=1，E=-2+127=125，M=1011
最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：
1 011 1110 1 101 1000 0000 0000 0000 0000 = (BED80000)16
3.假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0，2，5，4，5，2，5，2，3，5，2，4号。用列表法求采用FIFO+LRU替换策略时的命中率。（10分）
【解】
求解表格如下所示
4.利用串行方式传送字符，每秒钟传送的比特（bit）位数常称为波特率。假设数据传送速率是是180个字符/秒，每一个字符格式规定包含11个数据位（1个起始位、1个停止位、1个校验位、8个数据位），问传送的波特率是多少？每个比特位占用的时间是多少？（10分）
【解】
波特率为：
11位×180/秒 = 1980波特
每个比特位占用的时间Td是波特率的倒数：
Td = 1/1980 = 0.505×10-3s = 0.505ms
5.某总线在一个总线周期中并行传送32位数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为50MHz，总线带宽是多少? (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率升为100MHz，总线带宽是多少? （10分）
【解】
设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得：
(1)32位=4Byte，
总线带宽Dr = D/T = D × 1/T= D×f = 4B×50×106/s = 200MB/s
总线带宽Dr = D×f = 8B×100×106/s = 800MB/s
6.某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如下所示。指令汇编格式中的S（源）、D（目标）都是通用寄存器，M是主存中的一个单元。MOV 是传送指令，LDA为读数指令，STA为写数指令。
15 10 9 8 7 4 3 0
MOV D, S
15 10 9 8 7 4 3 0
STA M, S
15 10 9 8 7 4 3 0
LDA M, S 要求：⑴ 分析三种指令的指令格式特点。⑵ CPU完成哪一种操作所花时间最短？哪一种操作所花时间最长？第2种指令的执行时间有时会等于第3种指令的执行时间吗？为什么？（10分）
【解】
⑴ 第1种指令是单字长二地址指令，RR型；
第2种指令是双字长二地址指令，RS型；
7.若浮点数的IEEE-754标准存储格式为(41D4C000)16，求该浮点数的十进制值，要求给出具体过程。（10分）
【解】
将16进制数展开后，可得二进制数格式为
(41D4C000)16 = 0 100 0001 1 101 0100 1100 0000 0000 0000
S=0，E=1000 0011=131，M=101010011
指数e=E-127=131-127=(4)10
包括隐藏位1的尾数1.M=1.101010011
于是有
ｘ=(-1)s×1.M×2e=(1.101010011)×24=11010.10011=(26.59375)10
8.设有一个具有20位地址和64位字长的存储器，问：
（1）该存储器能存储多少个字节的信息？
（2）如果存储器由256K x 8位SRAM芯片组成，需要多少片？
（3）需要多少位地址作芯片选择？为什么？（10分）
【解】
（1）220 * 64 / 8 B = 1M * 8 B = 8 MB
（2）8MB / (256K * 8 / 8 B) = 8MB / 256KB = 32片
（3）∵每8片芯片组成一组256K * 64位的存储器，每片芯片有18位地址（对应于256K个存储单元）
∴低18位地址直接接芯片的18位地址端，高2位地址通过2：4译码器作芯片选择。
9.已知ｘ＝2010×0.11010011，ｙ＝2100×(-0.10101101)，请按浮点运算方法完成ｘ＋ｙ运算，要求给出具体过程。假设阶码3位，尾数8位，阶码和尾数均采用双符号位补码表示，舍入处理采用0舍1入法。（10分）
【解】
[ｘ]浮＝00 010, 00.11010011
[ｙ]浮＝00 100, 11.01010011
（1）△E＝E x- E y = -2，应使Mｘ右移2位，Eｘ加2,
∴[ｘ]浮＝00 100, 00.00110100(11)
0 0. 0 0 1 1 0 1 0 0 (1 1)
＋ 1 1. 0 1 0 1 0 0 1 1
1 1. 1 0 0 0 0 1 1 1 (1 1)
∴ｘ+ｙ＝00 100, 11.10000111(11)
（3）左规
ｘ+ｙ＝00 011, 11.00001111(10)
（4）舍入
采用0舍1入法处理，则有
1 1. 0 0 0 0 1 1 1 1
＋ 1
1 1. 0 0 0 1 0 0 0 0
∴ｘ+ｙ＝00 011, 11.00010000
（5）阶码符号位为00，不溢出
∴ｘ＋ｙ＝(00 011, 11.00010000)补＝(00 011, 11.11110000)原＝2011×(-0.11110000)
10.指令流水线有取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)、写回寄存器堆(WB) 5个过程段，共有15条指令连续输入此流水线。
（1）画出流水处理的时空图，假设时钟周期为100ns。
（2）求流水线的实际吞吐率（单位时间里执行完毕的指令数）。（10分）
【解】
（1）
S
WB
EX
ID
IF
T （2）
若T取15个周期，输入15条指令，输出11条指令，
则吞吐率 = 11 / (15*100ns) = 11 / (15*100*10-9 s) =7.3*106 条指令/秒 = 7.3 MIPS
若T取19个周期，输入19条指令，输出15条指令，
则吞吐率 = 15 / (19*100ns) = 15 / (19*100*10-9 s) =7.9*106 条指令/秒 = 7.9 MIPS
11.主存容量为256MB，虚存容量为2GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？（10分）
【解】
∵ 2 GB = 231 B
∴ 虚拟地址为31位
∵ 256 MB = 228 B
∴ 物理地址为28位
页表长度 = 虚存容量/页面大小 = 2 GB / 4 KB = 512 K
12.设有一个具有20位地址和64位字长的存储器，问：
（1）该存储器能存储多少个字节的信息？
（2）如果存储器由256K x 8位SRAM芯片组成，需要多少片？
（3）需要多少位地址作芯片选择？为什么？（10分）
【解】
（1）220 * 64 / 8 B = 1M * 8 B = 8 MB
（2）8MB / (256K * 8 / 8 B) = 8MB / 256KB = 32片
（3）∵每8片芯片组成一组256K * 64位的存储器，每片芯片有18位地址（对应于256K个存储单元）
∴低18位地址直接接芯片的18位地址端，高2位地址通过2：4译码器作芯片选择。
13.如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+、-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，线上标注有控制信号，例如Y i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。
取数指令“LDA (R0), R3”的含义是将(R0)为地址的主存单元的内容取至寄存器R3中，请画出其指令周期流程图，并列出相应微操作控制信号序列。（10分）
A总线
B总线
【解】
LDA (R0), R3 (R0) → R3
R0o, G, ARi R/W = R
DRo, G, R3i
计算机组成原理模拟试题（2） 一、填空题:04分，每题02分 1、X=-0.1001 ［X］原=_____________ [X］补=_____________［-X］补=_____________ Y=0.0101 ［Y］原=_____________ ［Y］补=_____________ [-Y］补=_____________ ［X+Y］补=_____________ 2、对西文输出的字符设备，在计算机的内存储器中存储的是字符数据的每个字符的_____________码，输出(包括显示或打印)的则是每个字符的_____________，设备中的字符发生器的主要功能是解决从字符的_____________码和字符的_____________间的对应关系。 二、单选题:20分，每题02分 3、32 x 32点阵汉字的机内编码需要。 A: 16个字节 B: 32个字节 C: 32×2个字节 D: 32×4个字节 4、某机字长32位，采用原码定点整数表示，符号位为1位，数值位为31位，则可表示的最大正整数为，最小负整数为。 A: B: C: D: 5、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过来实现。 A: 原码运算的二进制减法器 B: 补码运算的二进制减法器 C: 补码运算的十进制加法器 D: 补码运算的二进制加法器 6、在浮点数运算中产生溢出的原因是。 A: 运算过程中最高位产生了进位或借位 B: 参加运算的操作数超出了机器的表示范围 C: 运算的结果的阶码超出了机器的表示范围 D: 寄存器的位数太少，不得不舍弃最低有效位 7、无论如何划分计算机的功能部件，控制器部件中至少含有。 A: PC、IP B: PC、IR C: IR、IP D: AR、IP 8、某存储器容量为32K×16位，则 A: 地址线为16根，数据线为32根 B: 地址线为32根，数据线为16根
实验二指令流水线相关性分析 ·实验目的 通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。 ·实验原理： 指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。相关影响流水线性能。·实验步骤 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： （1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。 （2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。 （3）考察增加forward部件对性能的影响。 （4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。 ·实验过程 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： } 浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1： 图1 初始设置 将和加载至WinDLX中，如图2示。
图2 加载程序 1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关；指出程序中出现上述现象的指令组合。 1）数据相关 点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。 图3 输入整数6 @ 打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。 图4 指令流水线 双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。
图5 指令详细信息 对以上出现的情况分析如下： 程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。 lbu r3,0×0(r2) 要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令 & seqi r5,r3,0×a 要在intEX周期中读取r3中的数据。 上述过程发生了WR冲突，即写读相关。为了避免此类冲突， seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。 由此，相关指令为： 2）控制相关 由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。 图 6 指令流水线 }
第一章计算机系统概论 计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。早起将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）。目前的CPU包含了存储器，因此称为中央处理器。存储程序并按地址顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。 计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。 习题：4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么它包括那些主要组成部分 主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备 5什么是存储容量什么是单元地址什么是数据字什么是指令字 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字 7指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据 每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序 第二章运算方法和运算器
按 对阶操作。 直接使用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。 1第三章内部存储器 CPU能直接访问内存（cache、主 存） 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。 cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache体系，指令cache与数据cache分设体 系。要求cache的命中率接近于1 适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。 习题：1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1）该存储器能存储多少个字节的信息
3.12 有一指令流水线如下所示 （1） 求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； （2） 该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。 对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？ 解：（1） 2200(ns)2009200)10050(50t )1n (t T max m 1 i i pipeline =?++++=?-+?=∑= )(ns 220 1 T n T P 1pipeline -== 45.45%11 5 4400T P m t T P E m 1 i i ≈=? =?? =∑= （2）瓶颈在3、4段。 ? 变成八级流水线（细分） 850(ns)509850t 1)(n t T max m 1 i i pipeline =?+?=?-+?=∑= )(ns 85 1 T n T P 1pipeline -== 58.82%17 10 8400T P m ti T P E m 1 i ≈=? =?? =∑= ? 重复设置部件 出 50ns 50ns 100ns 200ns
)(ns 85 1 T n T P 1pipeline -== 58.82%17 10885010400E ≈=??= 3.13 4段组成，3段时，一次，然4段。如果 需要的时间都是，问： （1） 当在流水线的输入端连续地每时间输入任务时，该流水线会发生 什么情况？ （2） 此流水线的最大吞吐率为多少？如果每输入一个任务，连续处理 10个任务时的实际吞吐率和效率是多少？ （3） 当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个 任务时，其吞吐率提高多少？ （2） t ?t ?2
计算机组成原理模拟试题（2）一、填空题:04分，每题02分 =_____________ [X］补=_____________补-X］［1、 X=-0.1001 ［X］原 =_____________ =_____________ =_____________ [-Y］补Y］原=_____________ ［］补 Y=0.0101 ［Y ］补=_____________ ［X+Y对西文输出的字符设备，在计算机的内存储器中存储的是 字符数据的每个字符的、 2，设备中的字符_____________(包括显示或打印)的则是每个字 符的码，输出_____________间的对应关_____________发生器的主要功能是解决从字符的 _____________码和字符的系。分二、单选题:20分，每题02 。3、 32 x 32点阵汉 字的机内编码需要 A: 16个字节 B: 32个字节 2个字节 C: 32×个字节 D: 32×4位，则可表示位，数值位为314、某机字长32位，采 用原码定点整数表示，符号位为1 。，最小负整数为的最大正整数为 A: B: C: D: 来实现。 5、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过 A: 原码运算的二进制减法器 B: 补码运算的二进制减法器 C: 补码运算的十进制加法器 D: 补码运算的二进制加法器 。 6、在浮点数运算中产生溢出的原因是运算过程中最高位产生了进位或借位 A: 参加运算的操作数超出了机器的表示范围B: C: 运算的结果的阶码超出了机器的表示范围寄存器的位数太少，不得不舍弃最低有效位 D: 。 7、无论如何划分计算机的功能部件，控制器部件中至少含有 IP A: PC、 IR B: PC、、IP C: IR D: AR、IP 8、某存储器容量为32K×16位，则 A: 地址线为16根，数据线为32根 根16根，数据线为32地址线为B: C: 地址线为15根，数据线为16根 D: 地址线为15根，数据线为32根 9、在统一编址方式下，存储单元和I/O设备是靠指令中的来区分的。
实验二结构相关 一、实验目得: 通过本实验,加深对结构相关得理解,了解结构相关对CPU性能得影响。 二、实验内容: 1、用WinDLX模拟器运行程序structure_d、s 。 2、通过模拟,找出存在结构相关得指令对以及导致结构相关得部件。 3、记录由结构相关引起得暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行 周期数得百分比。 4、论述结构相关对CPU性能得影响,讨论解决结构相关得方法。 三、实验程序structure_d、s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ;浮点运算,两个周期,结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; < A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit < this is a ment !! A: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 四、实验过程 打开软件,load structure_d、s文件,进行单步运行。经过分析,此程序一 次循环中共有五次结构相关。(Rstall 数据相关Stall 结构相关) 1)第一个结构相关:addd f2,,f0,f2 由于前面得数据相关,导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段,所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关,导致相关得部件:译码部件。
计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自____C__。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．___C___可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指_B_____。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是_____B_。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用___A___，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第___B___种说法是正确的。 A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同； D．三种机器数均不可表示-1。 7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是___C___。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。 8．向量中断是___C___。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址
《计算机系统结构B卷》 一、填空题（每小题1.5分，共30分）。 1．对系列机而言，必须保证做到软件，力争做到软件向上兼容。 2．由软件实现的计算机称之为。 3. 多处理机系统按组织形式分有三种，功能分布是多处理机系统分工方式。 4．依据从哪一层开始设计，计算机体系结构设计的主要方法有三种，占据主导地位的是设计。 5. 在先行控制方式实现流水线的处理器中，有先行指令、先行操作、先行读数和后行写数等四个缓冲栈，缓冲深度最大的是。 6.按流水线的功能多寡分，可分为单功能流水线和。 7. 用于表示非线性流水线中的任务对未进入流水线的后继任务流入流水线的时间间隔的约束称为。 8.中断转移相关处理的基本方法包括不精确断点法和。 9. 互连网络中任意两个结点之间距离的最大值称为。 10．在多级交叉开关互联网络中，交叉开关的控制方式有、组控制和单元控制。 11. 在多计算机系统的互连网络中，通信模式包括、选播、广播和会议等四种。 12. 描述网络寻径效率常用的两个参数是通道流量和。 13．自定义数据表示包括标志符和两种数据表示。 14. 浮点数尾数基值越大，浮点数表示的数据范围。 15. 根据运算类型指令操作数存储方法不同，指令集结构可分为堆栈型、累加器型和。 16. 标量处理机是否高度并行是以指令级并行度（ILP）为来区分。 17．存储系统的基本存储层次有、主存储器和辅助存储器。 18. 采用并行存储器的目的是。 19. 从时间开销来看，伪命中的时间正常命中的时间。 20. 增加Cache存储系统的相联度，可降低Cache的不命中率，但会增加Cache 的。
二、简答题(每小题6分，共30分)。 1．多计算机系统和多处理机系统的差别有哪几方面？其中最根本的差别是哪个方面？ 2. 什么是流水线相关？流水线相关可分为哪几大类？ 3. 什么是动态互连网络？动态互连网络的互联形式有哪几种？ 4. 指令系统设计包括哪两个方面？指令格式优化设计的目的是什么？ 5. 维护Cache与主存一致性的更新算法有哪些? 三、分析题(第一小题8分，第二小题12分，共20分)。 1．某种处理机10条指令的使用频度分别为：0.25，0.20，0.15，0.10，0.08，0.08，0.05，0.04 ，0.03 ，0.02，试画出该处理机进行Huffman编码时的一棵Huffman树。 2. 在某采用全相联映象、相联目录表实现地址变换Cache存储器中，Cache 的容量是8KB，主存是由4个存储体组成的低位交叉访问存储器，主存总容量是32MB，每一个存储体的字长是32位，。 （1）写出主存地址和Cache地址的格式，并标出各字段的长度。 （2）说明目录表的行数、相联比较的位数和目录表的宽度。 四、计算题(第一小题8分，第二小题12分，共20分)。 1. 设16个处理器编号分别为0、1、……、15，用单级互连网络连接，当互连函数分别为：（1）Cube3、（2）PM+3、（3）Shuffle（Shuffle）时，第13号处理器分别与哪一个处理器相连? 2. 有一条5个功能段的线性动态多功能流水线如图所示，其中1→2→3→5功能段组成加法流水线，1→4→5功能段组成乘法流水线，设每个功能段的延迟时间 均相等为△t。用这条流水线计算F=4 1() i i i a b = + ∏，画出流水线时空图，并计算流水线的实际吞吐率、加速比和效率。 Z
《计算机系统结构》模拟题 一．判断是非题,对的打√，错的打× 1.系列机是指由一个厂家生产的具有相同组成，但具有不同系统结构和实现的一系列不同型号的机器。 （ × ） 2.Cray 1向量处理机中，由于每个向量寄存器的长度为64，当实际需要处理的向量长度大于64时，它就不能够处理了。 （ × ） 3.按照Flynn 分类法，Illiac IV 阵列处理机是MIMD 计算机。 （ × ） 4.多级混洗交换网络是阻塞网络。 （ √ ） 二．填空题 1．多机系统的互连网络的通信模式可分为4种，其中，一对一的通信模式称为____单播_____模式，一对全体的通信模式为_____广播____模式，多对多的通信模式为____会议_____模式。 2．SIMD 计算机和流水线向量处理机都可以执行向量指令，前者采用___资源重复______并行性，后者采用___时间重叠______并行性。 3．系列机软件兼容必须做到___向后_____兼容，力争做到___向上_____兼容。 4．流水线消除瓶颈段的方法有____细分_____和____重复设置瓶颈段（可交换次序）_____2种方法。 5．设通道数据传送过程中，选择一次设备的时间为 s T ，传送一个字节的时间为D T ，则字 节多路通道最大流量等于____ D s T T 1 _____。 6．Illiac IV 8×8阵列中，网络直径为____7_____。 7．对堆栈型替换算法，增大分配给程序的___主存页面______，对第一级存储器的命中率就会单调____上升_____。 8．从网络的任何结点看，若网络拓扑结构都是相同的，则称这样的网络是___对称______网络。 三．单项选择题 1.在计算机系统层次结构中，从下层到上层，各层相对顺序正确的是（ B ）。 A.汇编语言机器级－操作系统机器级－高级语言机器级 B.微程序机器级－传统机器语言机器级－汇编语言机器级 C.传统机器语言机器级－高级语言机器级－汇编语言机器级 D.汇编语言机器级－应用语言机器级－高级语言机器级 2．Illiac IV 阵列处理机中，PE 之间所用的互连函数是（ A ）。
计算机组成原理期末考试试题及答案 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自______。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．______可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指______。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是______。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用______，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第______种说法是正确的。
A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相 同； D．三种机器数均不可表示-1。 7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是______。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。 8．向量中断是______。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址 D．以上都不对。 9．一个节拍信号的宽度是指______。 A．指令周期； B．机器周期； C．时钟周期； D．存储周期。 10．将微程序存储在EPROM中的控制器是______控制器。 A．静态微程序； B．毫微程序； C．动态微程序； D．微程序。 11．隐指令是指______。 A．操作数隐含在操作码中的指令； B．在一个机器周期里完成全部操作的指令； C．指令系统中已有的指令；
第一章： 1.计算机系统结构的定义 答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。 2.透明性概念 答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。 3.兼容性向后兼容 兼容性：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。 向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它之后投入市场的机器。 4.Amdahl定律 答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。 5.CPI 答：每条指令的平均时钟周期数。 6.MIPS 答：每秒百万条指令数！MIPS=时钟频率/(CPI*10^6) 7.MFLOPS 答：每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/(执行时间*10^6) 8.命中率的概念 答： 9.Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分 答：①单指令流单数据流SISD ②单指令流多数据流SIMD ③多指令流单数据流MISD （实际不存在）④多指令流多数据流MIMD 10.计算机系统设计的定量原理（四个） 答：①加快经常性事件的速度②Amdahl定律③CPU性能公式④访问的局部性原理11.CPI和加速比的计算 答：CPI=CPU时钟周期数/IC CPU时间=CPU时钟周期数/频率 CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长 加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施前的性能） =(没有采用改进措施前执行某任务的时间)/(采用改进措施后执行某任务的时间) 12.软硬件实现的特点 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多 13.系统评价的标准 ①运算速度②存储器系统③其他性能④成本标准
一、单项选择题 1、直接执行微指令的是( ) A．汇编程序B．编译程序 C．硬件D．微指令程序 2、对系统程序员不透明的应当是( )。 A．Cache存贮器B．系列机各档不同的数据通路宽度C．指令缓冲寄存器D．虚拟存贮器 3、对机器语言程序员透明的是( )。 A．中断字B．主存地址寄存器 C．通用寄存器D．条件码 4、计算机系统结构不包括( )。 A．主存速度B．机器工作状态 C．信息保护D．数据 5、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是( )。A．计算机软件所要完成的功能B．计算机硬件的全部组成 C．编程要用到的硬件组织D．计算机各部件的硬件实现 6、计算机组成设计不考虑( )。 A．专用部件设置B．功能部件的集成度 C．控制机构的组成D．缓冲技术 7、以下说法中，不正确的是( )。 软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会： A．提高解题速度B．提高硬件利用率 C．提高硬件成本D．减少所需要的存贮器用量 8、在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会( )。 A．提高解题速度B．减少需要的存贮容量 C．提高系统的灵活性D．提高系统的性能价格比 9、下列说法中不正确的是( )。 A．软件设计费用比软件重复生产费用高 B．硬件功能只需实现一次，而软件功能可能要多次重复实现 C．硬件的生产费用比软件的生产费用高 D．硬件的设计费用比软件的设计费用低 10、在计算机系统设计中，比较好的方法是( )。 A．从上向下设计B．从下向上设计 C．从两头向中间设计D．从中间开始向上、向下设计11、"从中间开始"设计的"中间"目前多数是在( )。 A．传统机器语言级与操作系统机器级之间 B．传统机器语言级与微程序机器级之间 C．微程序机器级与汇编语言机器级之间 D．操作系统机器级与汇编语言机器级之间 12、系列机软件应做到( )。 A．向前兼容，并向上兼容 B．向后兼容，力争向上兼容
1.刷新存储器的重要性能指标是它的带宽。若显示工作方式采用分辨率为1024*768，颜色深度24位，帧频（刷新速度）为72Hz,求： 1）刷新存储器的容量是多少 2）刷新存储器的带宽是多少 1）刷新存储器的容量= 1024*768 * 24bit= 2）帧频（刷新速度）为72Hz指的是：每秒钟读72次， 所以，刷新存储器的带宽=1024*768 * 24bit *72 次/秒=162MB/s 2.试推导磁盘存储器读写一块信息所需要的总时间 读写一块总时间TB=平均找道时间Ts+平均等待时间Tw +读写传输时间Tt 读写一块总时间TB=平均找道时间+平均等待时间+读写传输时间=Ts+Tw+Tt 1）Tw 设磁盘每秒r转，每条磁道N个字，则数据传输率=rN个字/秒 转一周的时间=1/r,所以 Tw =1/2*(1/r)=1/(2r) 2）Tt 又设每块的字数是n,一旦读写头定位在该块，则Tt≈n/(rN)秒 所以TB=Ts+ 1/(2r)+ n/(rN) 秒 3.采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有一位奇偶校验位、一位起始位和一位停止位，当波特9600波特时，字符传送率是 9600波特=9600bit/秒 =9600 bit*(1字符/10bit)/秒 =960字符/秒 4．某总线在一个总线周期中并行传送8个字节的信息，设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为70MHz,求总线带宽 Dr=8字节/T秒=8*70*10^6≈420MB/秒 5.某机器CPU中有16个寄存器，运行某中断处理程序时，仅用到其中的2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时是否将通用寄存器内容保存到主存中去需保存几个寄存器 要将通用寄存器内容保存到主存中去。 只要保存中断处理程序用到的那2个寄存器的内容。 1.已知cache的存储周期是40ns,主存存储周期200ns, cache/主存系统平均50ns,求cache的命中率访问n个字，设命中率为H cache/主存系统的平均访问时间 =命中cache的时间+不命中cache的主存访问时间 =H*Tc+(1-H)*Tm =H*40+(1-H)*200 =50
计算机系统结构试题及答案 一、选择题（50分，每题2分，正确答案可能不只一个，可单选 或复选） 1.（CPU周期、机器周期）是内存读取一条指令字的最短时间。 2.（多线程、多核）技术体现了计算机并行处理中的空间并行。 3.（冯?诺伊曼、存储程序）体系结构的计算机把程序及其操作数 据一同存储在存储器里。 4.（计算机体系结构）是机器语言程序员所看到的传统机器级所具 有的属性，其实质是确定计算机系统中软硬件的界面。 5.（控制器）的基本任务是按照程序所排的指令序列，从存储器取 出指令操作码到控制器中，对指令操作码译码分析，执行指令操作。 6.（流水线）技术体现了计算机并行处理中的时间并行。 7.（数据流）是执行周期中从内存流向运算器的信息流。 8.（指令周期）是取出并执行一条指令的时间。 9.1958年开始出现的第二代计算机，使用（晶体管）作为电子器件。 10.1960年代中期开始出现的第三代计算机，使用（小规模集成电路、 中规模集成电路）作为电子器件。 11.1970年代开始出现的第四代计算机，使用（大规模集成电路、超 大规模集成电路）作为电子器件。 12.Cache存储器在产生替换时，可以采用以下替换算法：（LFU算法、 LRU算法、随机替换）。
13.Cache的功能由（硬件）实现，因而对程序员是透明的。 14.Cache是介于CPU和（主存、内存）之间的小容量存储器，能高 速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。 15.Cache由高速的（SRAM）组成。 16.CPU的基本功能包括（程序控制、操作控制、时间控制、数据加 工）。 17.CPU的控制方式通常分为：（同步控制方式、异步控制方式、联合 控制方式）反映了时序信号的定时方式。 18.CPU的联合控制方式的设计思想是：（在功能部件内部采用同步控 制方式、在功能部件之间采用异步控制方式、在硬件实现允许的情况下，尽可能多地采用异步控制方式）。 19.CPU的同步控制方式有时又称为（固定时序控制方式、无应答控 制方式）。 20.CPU的异步控制方式有时又称为（可变时序控制方式、应答控制 方式）。 21.EPROM是指（光擦可编程只读存储器）。 22.MOS半导体存储器中，（DRAM）可大幅度提高集成度，但由于（刷 新）操作，外围电路复杂，速度慢。 23.MOS半导体存储器中，（SRAM）的外围电路简单，速度（快），但 其使用的器件多，集成度不高。 24.RISC的几个要素是（一个有限的简单的指令集、CPU配备大量的 通用寄存器、强调对指令流水线的优化）。
《计算机系统结构》模拟题（补）一．单项选择题 1. SIMD是指（）。 A、单指令流单数据流 B、单指令流多数据流 C、多指令流单数据流 D、多指令流多数据流 2. 磁盘外部设备适合于连接到（）。 A．字节多路通道B．数组多路通道或选择通道 C．选择通道或字节多路通道D．数组多路通道或字节多路通道 3. 下列（）存储设备不需要编址。 A. 通用寄存器 B. 主存储器 C. 输入输出设备 D. 堆栈 4.多处理机的各自独立型操作系统( )。 A.要求管理程序不必是可再入的 B.适合于紧耦合多处理机 C.工作负荷较平衡 D.有较高的可靠性 5.输入输出系统硬件的功能对( )是透明的。 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 6. 实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（）。 A．编译程序解释B．编译程序翻译 C．汇编程序解释D．汇编程序翻译 7.全相联地址映象是指( )。 A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B.一个虚页只装进固定的主存实页位置 C.组之间是固定的，而组任何虚页可以装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组是固定装入 8.( )属于MIMD系统结构。 A.各处理单元同时受同一个控制单元的管理 B.各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机 D.阵列处理机
9.设16个处理器编号分别为0，1，2，…，15用Cube3互联函数时，第10号处理机与第( ) 号处理机相联。 A.11 B.8 C.14 D.2 10.若输入流水线的指令既无局部性相关，也不存在全局性相关，则( )。 A.可获得高的吞吐率和效率 B.流水线的效率和吞吐率恶化 C.出现瓶颈 D.可靠性提高 11．流水线的技术指标不包括( )。 A.响应比 B.吞吐率 C.加速比 D.效率 12．指令优化编码方法，就编码的效率来讲，方法最好是（）。 A. 固定长度编码 B. 扩展编码法 C. Huffman编码法 D. 以上编码都不是 13．RISC 计算机的指令系统集类型是 ( ) 。 A. 堆栈型 B. 累加器型 C. 寄存器—寄存器型 D. 寄存器 - 存储器型 14．相联存储器的访问方式是( )。 A．先进先出顺序访问B．按地址访问 C．无地址访问D．按容访问 15．存储器读写速率越高，每位的成本也越高，存储容量也小。解决这一问题的主要方法是采用( )。 A．多级存储体系结构B．并行存储器 C． Cache D．缓冲技术 16．计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（）。 A.汇编语言机器级---操作系统机器级---高级语言机器级 B.微程序机器级---传统机器语言机器级---汇编语言机器级 C.传统机器语言机器级---高级语言机器级---汇编语言机器级 D. 汇编语言机器级---应用语言机器级---高级语言机器级 17．对系统程序员不透明的是（）。 A.Cache 存储器 B.系列几各档不同的数据通路宽度 C.指令缓冲寄存器 D.虚拟存储器 18．在计算机系统设计中，比较好的方法是（）。
北京邮电大学 实验报告 课程名称计算机系统结构 计算机学院03班 王陈(11)
目录 实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。 ·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验三DLX处理器程序设计 .................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 A.向量加法代码及性能分析 ................................................... 错误!未定义书签。 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 .............................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验四代码优化 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会........................................................... 错误!未定义书签。实验五循环展开 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 矩阵乘程序代码清单及注释说明........................................... 错误!未定义书签。 相关性分析结果........................................................................... 错误!未定义书签。 增加浮点运算部件对性能的影响........................................... 错误!未定义书签。 增加forward部件对性能的影响 ............................................ 错误!未定义书签。 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 .. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会+课程建议......................................... 错误!未定义书签。
一、简答题 1、试述浮点数规格化的目的和方法。 答：浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化的数，否则便是非规格化数。通过规格化，可以保证运算数据的精度。 方法：进行向左规格化，尾数左移一位，阶码减1，直到规格化完毕。 2、简述循环冗余码（CRC）的纠错原理。 答：CRC码是一种纠错能力较强的校验码。在进行校验时，先将被检数据码的多项式用 生成多项式G（X）来除，若余数为0，说明数据正确；若余数不为0，则说明被检数据有错。 只要正确选择多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以 用余数作为判断出错位置的依据而纠正出错的数据位。 3、DRAM存储器为什么要刷新？有几种刷新方式? DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像 SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅 极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。 ①集中式---正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。 ②分散式---将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。 ③异步式---前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器 刷新一遍。 4、CPU中有哪些主要寄存器？简述这些寄存器的功能。 （1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 （2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。 （3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。 （4）缓冲寄存器（DR）： <1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 <2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 <3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。 （5）通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。 （6）状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。 5、中断处理过程包括哪些操作步骤？ 关闭中断标识,重要数据入栈, 处理中断服务功能, 数据出栈, 恢复中断标识, 开中断.