计算机组成原理习题(1)

（3）每一级的IM标志不能对某优先级的个别设备进行单独屏蔽。可将接口中的BI（中断允许）标志清“0”，它禁止设备发出中断请求。
（4）要使C的中断请求及时得到响应，可将C从第二级取出，单独放在第三级上，使第三级的优先级最高，即令IM3=0即可 。
六、设计题（15分）
图2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。
3. 试简述微程序控制器的核心部件？以及其工作原理。
微程序控制器的核心部件是控制存储器
将机器指令的操作分解为若干个更基本的微操作序列，并将有关的控制信息以微码形式编成微指令，存入控制存储器中。每条机器指令与一段微程序相对应，取出微指令就产生相应的微指令，从而实现机器指令要求的信息传送和加工。
4.存储系统一般由哪三级组成？分别简述各层存储器的作用（存放什么内容）及对速度、容量的要求。
7. 什么是总线？一个单处理器系统中的总线可分为哪几类？
总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件进行数据传送的公共通路。三类： 内部总线，系统总线，I/O总线。
8.简述中央处理器中控制器和运算器的主要功能。
1）从指令cache中取出一条指令，并指出下一条指令在指令cache中的位置。
2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
(5).间接寻址，用偏移量做地址访主存得到操作数的地址指示器，再按地址指
示器访主存的操作数，因此间接寻址需两次访问主存.
(6).基址寻址，操作数在E=(Rb) + D 的存储单元中.
11.CPU中有哪几类主要寄存器，用一句话回答其功能。
答：A.数据缓冲寄存器(DR)B.指令寄存器(IR)C.程序计数器(PC)D.数据地址
10CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器），指示下一条指令地址的寄存器是（程序计数器），保存算术逻辑运算结果的寄存器是（数据缓冲寄冲器）和（通用寄存器）。
11 在计算机术语中，将ALU控制器和（内存）存储器合在一起称为（主机）。
12数的真值变成机器码时有四种表示方法，即（原码）表示法，（反码）表示法，（补码）表示法，（移码）表示法。
24CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器），指示下一条指令地址的寄存器是（程序寄存器），保存算术逻辑运算结果的寄存器是（数据缓冲寄冲器）和（通用寄存器）。
25. 指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由_操作码字段_______和__地址码字段_____组成。
26. 在硬布线控制器中，时序信号采用主状态周期、节拍电位、节拍脉三级体制。
3）指挥并控制CPU，数据cache和输入\输出设备之间数据流动的方向
运算器：1）执行所有的算术运算
2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。
9. I/O接口是什么？简述I/O接口的基本功能。
I/O接口是指CPU，主存和外围设备之间通过系统总线进行连接的标准化逻辑部件。I/O接口在它动态的连接两个部件之间起着“转换器”的作用。以便实现彼此之间的信息传送。 功能如下：控制 缓冲 状态 转换 整理 程序中断
17直接使用西文键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，要解决汉字的（输入编码）、（汉字内码）和（字模码）三种不同用途的编码。
18. 形成操作数或指令地址的方式，称为___寻址方式__________。
19主存储器的技术指标有（存储容量），（存取时间），（存储周期），（存储器带宽）。
20 高速缓冲存储器与主存储器之间的地址映射方式有三种：（全相联）、（直接）、（组相联）。
③ 每一级的IM能否对某个优先级的个别设备单独进行屏蔽？如果不能，采取什么方法可达到目的？
④ 若设备C一提出中断请求，CPU立即进行响应，如何调整才能满足此要求？
解：
（1）在中断情况下，CPU的优先级最低。各设备优先级次序是：A-B-C-D-E-F-G-H-I-CPU
（2）执行设备B的中断服务程序时IM0IM1IM2=111；执行设备D的中断服务程序时IM0IM1IM2=011。
2.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50ns，主存的存取周期为250ns。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？h=(5000-400)/5000=0.92
② CPU访问内存的平均时间是多少ns？r=Tm/Tc=250/50=5
4CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（指令周期），它常用若干个（CPU周期）来表示。
5计算机系统的层次结构从下至上可分为五级，即微程序设计级（或逻辑电路级）、一般机器级、操作系统级、（汇编语言）级、（高级语言）级。
6十进制数在计算机内有两种表示形式：（字符串）形式和（压缩的十进制数串）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。
寄存器(AR)E.通用寄存器(R0～R3)F.状态字寄存器(PSW)
功能：执行指令、操作、时间的控制以及数据加工。
五、分析题（12分）
参见图1，这是一个二维中断系统，请问：
① 在中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑？请按降序排列各设备的中断优先级。
② 若CPU现执行设备C的中断服务程序，IM2，IM1，IM0的状态是什么？如果CPU执行设备H的中断服务程序，IM2，IM1，IM0的状态又是什么？
10.一种二地址RS型指令的结构如下所示：
6位
4位
1位
2位
16位
OP
--
通用寄存器
I
X
偏移量D
其中I为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，D为偏移量字段。通过I,X,D的组合，可构成如表所示的寻址方式。请写出寻址方式。
寻址方式
I
X
有效地址E算法
说明
（1）
0
00
E=D
（2）
0
01
E=(PC)±D
ห้องสมุดไป่ตู้PC为程序计数器
27. 在微程序控制器中，一般采用较简单的（节拍电位）、（节拍脉冲）二级时序体制。
28. CPU是计算机的中央处理部件，具有___指令控制______、____操作控制______、____时间控制______和__数据加工_________的功能。
29浮点加、减法运算的步骤是（0操作数处理）、（比较阶码大小并完成对阶）、（尾数求和运算）、（结果规格化）、（舍入处理）。
21CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫（指令周期），它通常包含若干个（机器周期），而后者又包含若干个（时钟周期）。
22在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为（总线）。就其所传送信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括（地址）、（控制信息）、（数据）。
23机器指令对四种类型的数据进行操作。这四种数据类型包括（地址）型数据、（数值）型数据、（字符）型数据、（逻辑）型数据。
1字符信息是符号数据，属于处理（非数值）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（ASCII）码。
2根据操作数所在位置指出其寻址方式：操作数在指令中，为___立即_______寻址方式，操作数地址在指令中，为___直接__________寻址方式。
3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（空间）并行技术，后者采用（时间）并行技术。
Ta=Tc/e=50/0.751=67 Ta表示平均时间
③ cache-主存系统的效率是多少？e=1/r+(1-r)h=0.751
3、某磁盘组有8个盘面，存储区内直径为20cm，外直径为32cm，道密度为30道/cm，内层柱面位密度为400位/cm，转速为6000转/分。
（1）共有多少个柱面。有效存储区域16-10=6（cm）因为道密度=30道/cm,所以30*6=180道即180个圆柱面
① “ADD R2,R0”指令完成(R0)+(R2)→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。
② 若将（取指周期）缩短为一个CPU周期，请先画出修改数据通路，然后画出指令周期流程图。
四、计算题
1. 某磁盘存储器转速为3000转/分，共有10个记录面，每道记录信息为12288B，共有220道。计算：磁盘存储器的存储容量为多少字节，磁盘数据传输率是多少。解：12288b*220*10=27033600B 磁盘数据传输率Dr=rN ，N为每条磁道容量，N=12288B r位磁盘转速，r=3000转/60秒=50转/秒 Dr=rN=50*12288=6000kb/s
目的是为了解决CPU和主存之间速度不匹配的问题。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，是，此字立即传送给CPU。否，则用主存读周期把此字从主存读出送到CPU，同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到cache中。
（2）总容量为多少个二进制位。内层磁道周长为:2*3.14*10=62.8,每道信息量=400位/cm*62.8cm=25120位=3140B 每面信息量=3140B*180=565200 总容量=565200*8=4521600
主存：存放需要cpu运行的程序和数据，速度较快，容量较大。
Cache：存放当前访问频繁的内容，即主存某些页的内容复制。速度最快，容量较小（1)
外存：存放需联机保存但暂不执行的程序和数据，容量很大而且较慢。