计算机组成原理参考答案.doc

三、简答题
1  CPU中有哪几类主要寄存器。
2 通道的基本功能是什么？具体有哪几种类型？
3、RISC指令系统的特点有哪些？
4、CPU中有哪几类主要寄存器？说明其功能。
5、简述引起流水线断流的三种原因及解决办法。
6、何谓DMA方式，为什么DMA方式比中断方式具有更高的IO效率？
7、一台机器的指令系统应当包含哪几类指令？
8、比较同步定时与异步定时的优缺点。
9、 通道的基本功能是什么？CPU如何实现对通道的管理？通道如何实现对设备控制器的管理？
10、简述CPU的四种基本功能。
11、 为什么DMA方式比中断方式具有更高的I/O效率？
12、磁盘存储器的技术指标有哪些？
13、通道的基本功能是什么？具体有哪几种类型？
14、比较同步定时和异步定时的稳定性缺点。
15、在操作系统中什么情况下需要进行进程调度？
16、选择寻址方式时主要考虑哪些因素？
17、寻址方式在指令格式中的表示方法通常有哪几种方法？
18、 说明中断处理的过程，及中断优先级的意义。
19、为什么要对CRT屏幕不断进行刷新？要求刷新频率是多少？为达些目的，必须设置什么样的硬件？
20、说明外围设备的I/O控制方式分类及特点。
21、把外围设备接入计算机系统时，必须解决哪些问题？

四、计算题
   CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为3800次，主存完成的次数为200次，已知cache存储周期为50ns，主存存储周期为250ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
答：CACHE的命中率：H=Nc/(Nc+Nm)＝3800/(3800+200)=0.95
R=Tm/Tc=250ns/50ns=5
Cache-主存系统效率e为e=1/(r+(1-r)H)*100%=1/(5+(1-5)*0.95)=83.3%
平均访问时间为Ta为Ta=Tc/e=50ns/0.833=60ns

分析题
用时空图法说明流水CPU比非流水CPU具有更高的吞吐率。(教材P163)

    1、下图表示存储器的分级结构，请在相应的框内填入适当的存储器名称。
磁带
磁盘、光盘
cache主存储器
寄存器cache

计算题
    已知x=-0.01111，y=+0.11001,求：
  ①  [x]补，[-x]补，[y]补，[-y]补；
  ②  x+y,x-y,判断加减运算是否溢出。

分析题
4
7
10
3
0
15
某机指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
OP
－
源寄存器
变址寄存器
位移量（16位）

解：1）双字长二地址指令，用于访问存储器，操作码字段可指定64种操作
2）RS型指令，一个操作数在通用寄存器（共16个），另一个操作数在主存中
3）有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（共16个）内容加上位移量。
计算题
    某机的指令格式如下所示

    X为寻址特征位：X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器RX1寻址；X=10：用变址寄存器RX2寻址；X=11：相对寻址
    设(PC)=1234H,(RX1)=0037H,(RX2)=1122H（H代表十六进制数），请确定下列指令中的有效地址：
①4420H    ②2244H    ③1322H    ④3521H
解：1）X=00,D=20H,有效地址EA=20H
2）X=10,D=44H,有效地址EA=1122H+44H=1166H
3）X=11,D=22H，有效地址EA=1234H+22H=1256H
4）X=01,D=21H,有效地址EA=0037H+21H=0058H

综合题：
某计算机系统的内存储器由Cache和主存构成，Cache的存取周期为45ns,主存的存取周期为200ns，已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存4500次，其中340次访问主存。问：
（1） Cache的命中率是多少？
（2） CPU访问内存的平均时间是多少纳秒？
（3） Cache－主存系统的效率是多少？
解：1）Cache的命中率H=Nc/(Nc+Nm)＝（4500－340）/4500＝0.92
2）CPU访存的平均时间：Ta=H*Tc+(1-H)Tm＝0.92×45＋（1－0.92）×200＝57.4ns
3)Cache-主存系统的效率E＝Tc/Ta*100%＝45/57.4*100%=0.78*100%=78%

计算题
   一个具有22位地址和32位字长的存储器，问：
(1)该存储器能存储多少字节的信息？
(2)如果存储器由512K×16位SRAM芯片组成，需要多少片？
（3）需要地址多少位作芯片选择？
解：1）存储器单元数为222＝4M，存储器容量＝4M×32位＝16MB，故能存储16M字节信息。
2）由于总存储容量为4M×32位，所需芯片数＝4M×32/（512K×16）＝16片
3）如用16片芯片组成一个16M的存储器，地址总线低20位可直接接到芯片的A0-A19端，而地址总线高2位（A20,A21）需要通过2：4译码器进行芯片选择。

分析题
一种二进制RS型32位的指令结构如下：
6位 4位 1位 2位 16位
OP
－
通用寄存器
I
X
位移量D
    其中OP为操作码字段，X为寻址模式字段，D为偏移量字段，其寻址模式定义为有效地址E算法及说明列表如下：
  请写出6种寻址方式的名称。
解;1)直接寻址 2）间接寻址 3）变址寻址 4）基址变址
5） 间接寻址 6）寄存器间接寻址
计算题
    CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
答：CACHE的命中率：H=Nc/(Nc+Nm)＝2420/(2420+80)=0.968
R=Tm/Tc=200ns/40ns=5
Cache-主存系统效率e为e=1/(r+(1-r)H)*100%=1/(5+(1-5)*0.968)=88.6%
平均访问时间为Ta为Ta=Tc/e=40ns/0.886=45ns

分析题
   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33MHz，总线带宽是多少？如果一个总线周期中并行传送8个字节的数据，总线时钟频率升至66MHz，总线带宽是多少？
解：1）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：Dr=D/T=D×1/T=D×f=4B×33×106/s=132MB/S
2）Dr=D×f=8B×66×106/s =528MB/s
计算题
   1、 设x=-20，y=+29，用带求补器的原码阵列乘法器求出乘积x×y=?并用十进制乘法进行验证。
2、  已知Cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，Cache/主存系统平均访问时间为50ns，求Cache的命中率是多少？
解：因Ta=Tc/e，则e=Tc/Ta＝40ns/50ns=0.8
r=200ns/50ns=4
又因 e=1/(r+(1-r)*H),可求得H＝0.917
计算题
  某计算机系统的内存储器由cache和主存构成，cache的存储周期为30ns，主存的存取周期为150ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存5000次，其中400次访问主存。问：
    ①  cache的命中率是多少？
    ②  CPU访问内存的平均时间是多少纳秒？
③  cache-主存系统的效率是多少？
答：CACHE的命中率：H=1-400/5000=0.92
R=Tm/Tc=150ns/30ns=5
Cache-主存系统效率e为e=1/(r+(1-r)H)*100%=1/(5+(1-5)*0.92)=75.7%
平均访问时间为Ta为Ta=Tc/e=30ns/0.757=40ns

分析题
   一种二进制RS型32位的指令结构如下：

    其中OP为操作码字段，X为寻址模式字段，D为偏移量字段，其寻址模式定义为有效地址E算法及说明列表如下：

    请写出6种寻址方式的名称。
1)直接寻址 2）相对寻址 3）变址寻址
4) 基址寻址 5）间接寻址 6）寄存器间接寻址
计算题
      已知：x=+0.100111，y=+0.111。采用阵列除法器方式计算 x÷y=?

综合题：
    下表列出基本寻址方式名称，请在算法一列中写出操作数的物理位置或有效地址EA的表达式。

分析题
    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100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
答：CACHE的命中率：H=Nc/(Nc+Nm)＝2000/(2000+100)=0.95
R=Tm/Tc=200ns/50ns=4
Cache-主存系统效率e为e=1/(r+(1-r)H)*100%=1/(4+(1-4)*0.95)=87%
平均访问时间为Ta为Ta=Tc/e=50ns/0.87=57ns

计算题
    若浮点数x的IEEE754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。
将16进制数展开后，
可得二进制格式为：0 100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000
指数E＝阶码－127＝10000010－01111111＝00000011＝(3)10
包括隐藏位1的尾数1.M＝1.011 0110 0000 0000 0000 0000＝1.011011
于是有x=(-1)s×1.M×2e=+(1.011011)×23＝＋1011.011＝（11.375）10
分析题
     一盘组共11片，记录面为20面，每面上外道直径为14英寸，内道直径为10英寸，分203道，数据传输率为983040字节/秒，磁盘组转速为3600转/分，假定每个记录块记录1024字节，且系统可挂多达16台这样的磁盘，请设计适当的磁盘地址格式，并计算总存储容量。
答：设数据传输率为C，每一磁道的容量为N，磁盘转速为r，则根据公式C=N*r，可求得：
N=C/r＝983040/(3600/60)=16384(字节)
扇区数＝16384/1024＝16,故表示磁盘地址格式的所有参数为：台数16,记录面20,磁道数203道，扇区数16,由此可得磁盘地址格式为：

20 17 16 9 8 4 3 0
台号
柱面号
盘面号
扇区号
磁盘总存储量为：16×20×203×16384＝1064304640（字节）
综合题
  下表列出寻址方式指定的操作数物理位置（EA），请在寻址方式名称下面填上适当的术语。

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