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武汉大学2009级《计算机组成原理》期末考试试题及答案



武汉大学计算机学院 2010-2011 学年第一学期 2009 级《计算机组成原理》 期末考试试题 B 类 B 卷(闭卷)
学号_____________ 班级 _________ 姓名_____________ 成绩________ 一、单项选择题(每小题 2 分,共 20 分) 1、机器运算发生溢出的根本原因是 _______。 A.数据的位数有限 B.运算中将符号位的进位丢弃 C.运算中将符号位的借位丢弃 D.数据运算中的错误 2、在 Cache 更新时,把数据同时写入 Cache 和主存的策略是 _________。 A.写直达 B.写回法 C.按写分配法 D.不按写分配法 3、层次化存储器结构的设计是依据 _________ 原理。 A.存储器周期性 B.存储器强制性 C.访存局部性 D.容量失效性 4、在虚拟存储器中为了提高主存的命中率,可以采取的措施是 _______。 A.增大主存容量 B.增大辅存容量 C.增大 Cache 容量 D.将 LRU 算法改为 FIFO 算法 5、以下错误的叙述是 _______。 A.RAID0 采用镜像盘 B.RAID1 采用磁盘镜像 C.RAID2 采用海明码校验 D.RAID3 采用奇偶校验 6、在采用增量方式的微指令中,下一条微指令的地址 ________。 A.在微指令计数器中 B.在微指令寄存器中 C.在程序计数器中 D.在本条微指令的顺序控制字段中 7、垂直型微指令的特点是 _______。 A.微指令格式垂直表示 B.控制信号经过编码 C.采用微操作码 D.多层次表示 8、组合逻辑控制器中,微操作信号的形成主要与 _______信号有关。 A.指令操作码 B.指令译码信号和时钟 C.指令地址码 D.状态信号与条件 9、通道处理器不具备______功能。 A.中断 B.DMA C.程序控制 D.数据运算 10、硬盘的输入输出适合采用 _______方式。 A.程序查询 B.程序中断 C.DMA D.IOP 二、运算方法与运算器分析题(共 20 分) 一种(7,4)海明码的定义为:由 4 个信息位 x 1 , x 2 , x 3 , x 4 按以下模 2 加法运算方式 构成 3 个校验位 c 1 , c 2 , c 3 :

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c1 ? x1 ? x 2 ? x 3 c2 ? x2 ? x3 ? x4 ? x4 c 3 ? x1 ? x 2

(mod 2 ) (mod 2 ) (mod 2 )

将这些信息位和校验位构成码字 w,即
w ? ?x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , c 1 , c 2 , c 3 ? ? ?w 1 , w 2 , w 3 , w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ?

1、 (10 分)计算相应的(7,4)海明码的全部码字。 2、 (10 分)用组合逻辑设计一个海明码的编码器和译码器。 三、指令系统与控制器设计题(共 20 分) 某一单流水线处理机,包含取指、译码、执行 3 个功能段。取指、译码各需 1T;在 执行段,MOV 操作需 2T,ADD 操作需 3T,MUL 操作需 4T;各操作在 1T 内取数, 在最后 1T 写结果。执行下面程序后按要求分析指令流水线的功能。 k: MOV R1,R0 ;R1 (R0) k+1:MUL R0,R2,R1 ;R0 (R1)*(R0) k+2:ADD R0,R2,R1 ;R0 (R2)+(R3) 1、 分)设计并画出流水线功能段的结构图。 (5 2、 (10 分)考虑指令数据相关性,设计并画出指令执行过程流水线的时空图。 3、 分)为了加快速度,可以采取那些改进措施。 (5 四、存储系统与存储结构分析题(共 20 分) 某计算机的主存-Cache 存储器层次采用组相联映射方式, 字块大小为 64 字。 Cache 存储器容量为 32 字块,按 4 字块分组,主存储器容量为 1024 字块。 问:主存地址共需多少位? 主存地址字段如何划分,各需多少位? 假设 Cache 存储 器起始时为空,CPU 从主存单元 0,1,2,…,3071 依次读出 3072 个字,采用 LRU(近 来最少使用)替换算法,求命中率。 五、输入输出系统设计题(共 20 分) 在一个 8 级中断系统中,硬件中断响应从高到底优先顺序是: 1~2~3~4~5~6~7~8, 设置中断屏蔽寄存器后,中断响应的优先顺序变为 1~3~5~7~2~4~6~8。 1、屏蔽码应如何设置? 2、如果 CPU 在执行一个应用程序时有 5、6、7、8 级 4 个中断同时到达,CPU 在按 优先顺序处理到第 3 个中断请求的过程中又有一个 3 中断请求到达 CPU,试画出 CPU 响应这些中断的顺序示意图。

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武汉大学计算机学院 2010-2011 学年第一学期 2009 级《计算机组成原理》 期末考试试题 B 类 B 卷(闭卷)

参考答案
一、单项选择题(每小题 2 分,共 20 分) 1、A 2、A 3、C 4、A 6、A 7、C 8、B 9、D 二、运算方法与运算器分析题(共 20 分) 1、相应(7,4)海明码的全部码字如下: 5、A 10、C

2、海明码的编码器和译码器如下:

三、指令系统与控制器设计题(共 20 分) 解: (1) 分)功能段结构图如下: (5
MOV

取指

译码

MUL

ADD 取指 译码 执行

(2) 分)k+1 指令取数(R1)与 k 指令数据相关,需延时一个时钟周期,k+2 指令取数 (5 需延时一个时钟周期,写数(R0)与 k+1 指令数据相关,需延时一个时钟周期。

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取 指 取 指 取 指 码 译 数 码 取 入 译 码



取数

加 入



取 数 写

MUL

MUL 入



(3) 分)可以采取改进措施: (5 ①软件处理:编译优化时,取消 k+1 条指令,因为该条指令无作用。 ②硬件处理: 在取数相关时将上一条指令在写入前的数据直接取来,需要增加一条 通道。 四、存储系统与存储结构分析题(共 20 分) 解: 主存储器容量为 1024 字块,需 10 位表示;字块大小为 64 字,需 6 位表示,所以 主存地址共需 16 位。 主存地址字段划分为块标记、组号、组内块号和块内地址。 Cache 存储器容量为 32 字块,按 4 字块分组,组内块号为 2 位,共 8 组,所以组 号为 3 位,块内地址为 6 位。因为主存地址 16 位,所以块标记为 16-3-2-6=5 位。 15 11 10 9 8 6 5 0 主存地址格式为: 主存单元 0,1,2,…,3071,按 64 字为一块共 48 块,块号为 0~47; Cache-主存的映射关系如图。
块标记 组内块号 组号 块内地址

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块 0 0 区 块 7 块 8 C a ch e 0 组 1 组 2 组 3 组 4 组 5 组 6 组 7 组 块 0 块 4 块 8 块 12 块 16 块 20 块 24 块 28 块 1 块 5 块 9 块 13 块 17 块 21 块 25 块 29 块 2 块 6 块 10 块 14 块 18 块 22 块 26 块 30 块 3 块 7 块 11 块 15 块 19 块 23 块 27 块 31 块 31 块 32 4 区 块 39 块 40 5 区 块 47 块 23 块 24 块 15 块 16 1 区

从主存单元依次读出 3072 个字,相当于依次读出 48 个块。每次读块的第一个字是 不命中的。由于每一个块读完以后不再读了,所以命中率是(3072-48)/3072=98.4%。 五、输入输出系统设计题(共 20 分) 答:CPU 处理中断的过程为:2-4-3-1-3-5。其中第 3 级中断程序分成两段执行。 执行过程图如下。

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