北航_1995-2002_计算机组成原理

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1、北航北航 1995 年计算机组成原理期终考试试题年计算机组成原理期终考试试题一、填空（本题一、填空（本题 15 分，每空各分，每空各 1 分）分）1.微操作的三个基本要素是_、_和_。 2.浮点数的加减法的基本运算过程是_、_和_。 3.页式虚拟存储管理中，页表首地址寄存器用来记录_。 4.目前计算机系统中的存储器层次结构一般包括_、 _和_三 部分。 5.通道地址字是用来记录_。 6.总线的控制方式分为_、_和_三种。 7.条件转移指令所依据的条件来自_寄存器。二、简要回答下列各题（本题共二、简要回答下列各题（本题共 25 分，每小题分，每小题 5 分）分）1.简述 DMA 接口控制器的基本

2、逻辑组成。 2.在运算器的设计过程中，为了提高运算器的速度，可以采取那些措施？ 3.一位比较法是常用的补码乘法算法，一个实现 16 位比较法的乘法部件应该包含哪些逻辑部件？ （不必画逻辑图，只需指出所列逻辑部件的用途及其数据位数） 4.已知某磁盘机共有 10 个盘面，每面 80 道，每道 8 个扇区，每个扇区 512 bytes，该磁盘机的容量 为多少？该盘转速为 3600 转分，则该磁盘通道的最大数据传输率为多少? 5.简述中断调用指令和子程序调用指令的执行差别。三、（本题三、（本题 15 分）分）用 4K4 的动态 RAM 芯片设计一个 32K8 的按字节单元编址的存储器。 (1) 需多少

3、芯片？ (2) 画出连接简图，给出片选信号的具体逻辑。 (3) 该存储器的刷新地址计数器应为多少位？四、（本题四、（本题 10 分）分）一个列（组）相联的高速缓冲存储器，容量为 64 KB，主存容量为 4 MB，都划分为 16 列，每块大 小 512 bytes。问： (1) 高速缓冲存储器和主存的地址格式； (2) 高速缓冲存储器的地址阵列包含多少个单元，每个单元多少位？五、（本题五、（本题 10 分）分）某机字长为 16 位，采用 16 位定长指令格式，控制方式采用混合控制方式，每个 CPU 周期包含 4 个 节拍，指令：SUB 200(R0), R1 ; 目的操作数源操作数目的单元 目的

4、操作数 200(R0) 为变址寻址，源操作数 R1 为寄存器直接寻址。 写出执行该指令的微操作流程，并详细安排该指令的执行时序。六、（本题六、（本题 10 分）分）某机字长为 16 位，内存容量 64 KB，8 个 16 位通用寄存器 R0R7，指令系统基本要求是： (1) 四种基本寻址方式：立即寻址，寄存器直接寻址，寄存器间接寻址，变址寻址； (2) 16 条双操作数指令（其中必有一操作数是寄存器直接寻址） ，64 条单操作数指令；操作数可能是 字节操作数也可能是字操作数。 (3) 4 条无操作数指令； 请给出该机指令系统的详细设计方案（定义指令长度，定义各字段的含义，并给出编码范围） 。七

5、、（本题七、（本题 15 分）分）余 3 码十进制加法运算的基本规则是：两个十进制数的余 3 码相加，当本位和产生进位时，其本位 和应做加 3 修正；当本位和不产生进位时，其本位和应做减 3 修正。请设计一个完成两个一位十进制数 余 3 码加法运算的运算部件。假定两个一位十进制数的余 3 码已分别存放在寄存器 R0 和 R1 中，常数 3 也存放在寄存器 R2 中，和的个位存放到寄存器 R3 中，和的十位舍弃不管。寄存器均为 4 位。要求： (1) 画出该运算部件的逻辑框图，并定义各数据通路上的微操作。 (2) 设计一个微程序控制器控制该运算部件完成上述余 3 码加法运算（写出运算微操作流程，

6、定义微 指令格式，写出微程序编码） 。北航北航 1996 年计算机组成原理期终考试试题年计算机组成原理期终考试试题一、填空（本题一、填空（本题 15 分，每空各分，每空各 1 分）分）1.浮点数的加减法的基本运算过程是_、_和_。 2.页式虚拟存储管理中，帧页表用来记录_。 3.从普遍意义上讲，一条微指令应该包含_、_和_三个字段。 4.通道地址字是用来记录_。 5.总线的控制方式分为_、_和_三种。 6.条件转移指令所依据的条件来自_寄存器。 7.CPU 响应中断时需要保存当前现场，这里现场指的是_和_的内容，它们 被保存到_中。二、简要回答下列各题（本题共二、简要回答下列各题（本题共 25

7、 分，每小题分，每小题 5 分）分）1.简述指令系统设计时需要考虑的基本要素。 2.INCB (R5) 是一条自减型寻址方式字节操作数指令，其寻址过程是先 R5 (R5) 1，然后计算 EA = (R5)，指令操作是加 1 操作。若指令执行前 16 位寄存器 R5 的内容为 (R5) = 010046，内存 以下字地址单元的内容为 (010044) = 100000，(010046) = 010000。指令执行后，寄存器和内存单 元的内容有何变化？（本小题中所有数据均为八进制数据） 3.简述 DMA 输入输出方式的基本工作过程。 4.已知一磁盘机共有 10 个盘面，每面 80 道，每道 8 个

8、扇区，每个扇区 512 bytes，该磁盘机的容量 为多少？该盘转速为 7200 转分，则该磁盘通道的最大数据传输率为多少? 5.给出异步通信方式中非互锁和全互锁两种方式的握手信号时序图，并给予必要说明。三、（本题三、（本题 15 分）分）1.一位比较法（也称一位 Booth 法）是常用的定点补码乘法算法，请推导该算法； 2.下图是一未完成的实现该算法的逻辑框图，请完成该图（直接在图上修改） ，并给出微操作 P0 至 P5 的定义（表示方法如：P : AB） 。n+1Bit AddMn-1M0An-1A0Qn-1Q0AnMultiplicandMultiplierShift rightQ-1C

9、inControl Signal Gen.DECCounterTxP1 P2 P3 P4P0P4P5P5四、（本题四、（本题 15 分）分）4K4 的动态 RAM 芯片结构如下图，要设计一个 32K8 的按字节单元编址的存储器。 (1) 需多少芯片？ (2) 画出存储器扩展框图（考虑刷新问题） 。 (3) 该存储器的刷新地址计数器应为多少位？4Kx4A0A5RAS CASRWD0D3五、（本题五、（本题 10 分）分）某机主存容量 1 MB，两路列相联方式（每列仅有两块）的 Cache 容量为 64 KB，每个数据块为 256 字节。CPU 要顺序访问地址为 20124H, 58100H, 6

10、0140H 和 60138H 等四个内存单元中的数。已知访问开 始前第 2 列（列地址为 1）的地址阵列内容如下表，Cache 采用 LRU 替换策略。000100（二进制）101011（二进制）(1) 说明 Cache 的结构（即分多少组、组内分多少块） ，给出主存及 Cache 的地址格式； (2) 上述四个数能否从 Cache 中读取，若能，给出实际访问的 Cache 地址。第四个数访问结束时上表 （地址阵列）内容如何变化。六、（本题六、（本题 10 分）分）某机字长为 16 位，采用 16 位定长指令格式，结构如下图所示，控制方式采用混合控制方式，每个 CPU 周期包含 4 个节拍，指

11、令：INC 200(R1) ; 加 1 指令，基址寻址方式，R1 为基址寄存器。 写出执行该指令的详细微操作流程，该指令执行共需多少个 CPU 周期。ALUABGRAC令令令令令 令令令IDIRPCMBR令令令MAR令令令令令令令令令AC令 令令令 ALU令令令令令令令令令 A,B令令令令 GR令 令令令令令 IR令 令令令令令 ID令 令令令令令 PC令 令令令令令 MAR令令令令令令 MBR令令令令令令七、（本题七、（本题 10 分）分）执行一条微指令所需的时间称为微指令周期。 (1) 给出微指令串行执行和重叠执行两种执行方式的微指令周期时序图。 (2) 在重叠执行方式当遇到条件转移类型微

12、指令时，如何解决下一条微指令的取指问题，请给出两种 解决方案。北航北航 1997 年计算机组成原理期终考试试题年计算机组成原理期终考试试题一、填空（本题一、填空（本题 10 分，每空各分，每空各 1 分）分）1.补码乘法的基本规则是_。2.4K4 的动态 RAM 芯片，其内部刷新地址计数器应该是_位。 3.总线的控制方式分为_、_和_三种。 4.条件转移指令所依据的条件来自_寄存器。 5.浮点数的加减法的基本运算过程是_、_和_。 6.决定指令执行顺序的是_。二、简答题（本题二、简答题（本题 30 分，共分，共 5 题，每小题题，每小题 6 分）分）1.以 4 位加法器为例，推导出先行进位加法

13、各位进位的表达式；。 2.简要说明中断响应和中断处理的过程。 3.已知一磁盘机共有 10 个盘面，每面 160 道，每道 16 个扇区，每个扇区 512 bytes，该磁盘机的容 量为多少？该盘转速为 7200 转分，则该磁盘通道的最大数据传输率为多少？ 4.一位比较法是常用的补码乘法算法，一个实现 16 位比较法的乘法部件应该包含哪些逻辑部件 （不必画逻辑图，只需指出各逻辑部件的用途及其数据位数） 。 5.某计算机的存贮系统是由 Cache、主存和磁盘组成的虚拟存贮系统。若一字在 Cache 中，访问时 间为 T1，Cache 的命中率为 P1；若字不在 Cache 中，访问主存，这种情况下

14、，访问主存的概率 为 P2，主存字访问周期为 T2；若字不在主存中，将其从磁盘装入主存需要时间 T3；求该存贮系 统的平均存取时间。三、（本题三、（本题 15 分）分）某机字长为 16 位，内存容量 64 KB，8 个 16 位通用寄存器 R0-R7。指令系统基本要求是： (1) 所有指令均为双操作数指令（其中必有一操作数是寄存器直接寻址） ，共 32 条； (2) 支持四种寻址方式：立即寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址和变址寻址；立即数和变址值 均可达 16 位。 (3) 所有指令读支持 8 位（字节）操作和 16 位（字）操作。 请设计该机指令系统，给出详细设计方案（包括：指令长度，指

15、令格式中各字段的长度、说明及对 应编码范围等） 。并画出源操作数分别为上述四种寻址方式（目的操作数为寄存器直接寻址）时指令格式 图。 有指令“ADD 200H(R0), R1” ，其中 200H(R0) 为变址寻址型目的操作数，R1 为寄存器直接寻址型 源操作数。根据你的指令设计方案，写出该指令的编码（ADD 操作码可随意定义） 。四、（本题四、（本题 15 分）分）某系统的控制部件将采用为程序控制技术，已知该系统共有 256 种操作控制命令，每一种操作控制 命令均可解释成 16 条顺序执行且没有分支的微指令。又知该系统的操作控制信号共有 20 个，且有可能 同时发挥作用。 (1) 设计该系统控制部件的微指令格式。 (2) 假若要用 1K8 的 EPROM 芯片来构造该