计算机组成原理考试题型.pdf

### 计算机组成原理考试知识点解析 #### 一、计算题 **1. 进制之间的转换** - **题目**: 将十进制数123.6875转换成二进制数、八进制数和十六进制数。 **解析**: - **十进制转二进制**: 123.6875的整数部分为123, 小数部分为0.6875。 - 整数部分: 123 = 1111011 (二进制) - 小数部分: 0.6875 × 2 = 1.375 → 1; 0.375 × 2 = 0.75 → 0; 0.75 × 2 = 1.5 → 1; 0.5 × 2 = 1.0 → 1; 因此, 0.6875的二进制表示为0.1011。 - 结果: 123.6875的二进制表示为1111011.1011。 - **十进制转八进制**: 123.6875的整数部分为123, 小数部分为0.6875。 - 整数部分: 123 = 173 (八进制) - 小数部分: 同样可以采用乘以基数的方法来转换小数部分, 最终得到0.54(八进制)。 - 结果: 123.6875的八进制表示为173.54。 - **十进制转十六进制**: 123.6875的整数部分为123, 小数部分为0.6875。 - 整数部分: 123 = 7B (十六进制) - 小数部分: 同样采用乘以基数的方法, 得到0.B(十六进制)。 - 结果: 123.6875的十六进制表示为7B.B。 **2. 定点数和浮点数的运算以及溢出判断** - **题目**: 1. 已知X=-0.1011，Y=-0.0111，求[X+Y]的补码。 2. 设机器字长为5位（含1位符号位，n=4）,X=-0.1101，Y=0.1011，采用原码一位乘法求X*Y。 3. 已知十进制数X=-5/256，Y=+59/1024，按机器补码浮点运算规则计算X-Y，结果用二进制表示，浮点数格式如下：阶符取2位，阶码取3位，数符取2位，尾数取9位。 **解析**: 1. **补码加法**: X=-0.1011 (补码: 1.0101), Y=-0.0111 (补码: 1.1001)。X+Y的补码为1.0101 + 1.1001 = 1.1110。 2. **原码一位乘法**: X=-0.1101 (原码: 1.1101), Y=0.1011 (原码: 0.1011)。采用原码一位乘法求得X*Y的结果为-0.10001111。 3. **浮点数运算**: 首先将X和Y转换为浮点数表示形式, 然后根据浮点数运算规则进行计算, 结果为二进制形式。具体步骤包括对阶、尾数加减、规格化、舍入和判溢出等。 **3. Cache——主存地址映射，三种映射方式的计算** - **题目**: 1. 设主存容量为1MB，Cache的容量为16KB，每字块有16个字，每字32位，且按字节编址。若Cache采用直接映射，试求主存地址字段中各段的位数。 2. 设某机器主存容量为16MB，Cache容量为8KB，且按字节编址。每字块8个字，每字32位。设计一个四路组相联映射的Cache组织。 **解析**: 1. **直接映射**: - 主存大小为1MB, Cache大小为16KB, 每字块16个字, 每字32位。主存地址分为Tag、索引(Index)和块内偏移(Offset)三个部分。 - 主存地址位数: log2(1MB/1B) = 20位 - Cache地址位数: log2(16KB/1B) = 14位 - 块内偏移: log2(16字 * 4B/字) = 4位 - 索引: log2(16KB/(16字 * 4B)) = 4位 - Tag: 20 - 4 - 4 = 12位 2. **四路组相联映射**: - 主存大小为16MB, Cache大小为8KB, 每字块8个字, 每字32位。主存地址同样分为Tag、索引(Index)和块内偏移(Offset)三个部分。 - 主存地址位数: log2(16MB/1B) = 24位 - Cache地址位数: log2(8KB/1B) = 13位 - 块内偏移: log2(8字 * 4B/字) = 3位 - 索引: log2(8KB/(8字 * 4B)) = 3位 - 组数: log2(8KB/(8字 * 4B * 4)) = 2位 - Tag: 24 - 3 - 3 - 2 = 16位 #### 二、简答题 **1. CPU响应中断的条件是什么？** - **答案**: - 当前指令执行完毕; - 保护模式下, 中断优先级高于当前任务; - 中断允许标志位(IF)为1; - 不存在更高优先级的中断请求。 **2. 如何处理Cache块内信息与对应主存块内的信息的一致，并作简要分析？** - **答案**: - 使用Write Back(写回)或Write Through(写直达)策略来保持一致性。 - 写回: 只修改Cache中的副本, 在替换时才将修改后的数据写回到主存。 - 写直达: 数据写入Cache的同时也写入主存。 - 分析: 写直达简单但可能增加主存负担, 写回可以减少主存访问次数但需要复杂的管理机制。 **3. 简述各种常见指令寻址方式的特点和适用情况。** - **答案**: - 直接寻址: 操作数的地址直接包含在指令中, 简单快速, 适用于操作数固定位置的情况。 - 寄存器寻址: 操作数存放在寄存器中, 快速高效, 适用于频繁使用的操作数。 - 立即数寻址: 操作数直接包含在指令中, 无需访问内存, 适用于简单的数值计算。 - 间接寻址: 操作数的实际地址存放在指令提供的地址中, 灵活但可能增加访问时间, 适用于动态数据。 **4. 计算机有两种不同的地址指定方式，试画出（0x20000）=0x12345678在这两种不同的表示方式下在内存中的存储情况。** - **答案**: - 小端模式: 最低位字节存储在最低地址, 0x20000处存放0x78, 0x20001处存放0x56, 以此类推。 - 大端模式: 最高位字节存储在最低地址, 0x20000处存放0x12, 0x20001处存放0x34, 以此类推。 **5. 试述I/O设备与主机交换信息的程序中断方式和DMA方式的特点，并分析二者之间的区别。** - **答案**: - 程序中断方式: I/O设备通过中断向主机发送数据, CPU响应中断后读取数据, 简单但占用CPU资源。 - DMA方式: I/O设备可以直接与内存交换数据而无需CPU介入, 提高效率, 减轻CPU负担, 适用于大数据量传输。 **6. 什么是周期挪用？** - **答案**: - 周期挪用(DMA)是一种允许I/O设备直接访问主存的技术, 在特定周期内,CPU将总线控制权交给DMA控制器, 用于I/O设备与主存的数据传输。 **7. 分析基址寻址和变址寻址的区别。** - **答案**: - 基址寻址: 使用一个基址寄存器加上一个位移量来形成有效地址, 通常用于分段或分区管理。 - 变址寻址: 使用一个变址寄存器加上一个位移量来形成有效地址, 适用于数组或循环结构中的数据访问。 **8. 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？** - **答案**: - 指令周期: CPU执行一条指令所需的时间, 包括取指、译码、执行等阶段。 - 机器周期: CPU完成一个基本操作所需的时间, 如从内存读取一个字。 - 时钟周期: CPU时钟频率的倒数, 是CPU最基本的计时单位。 - 关系: 一个指令周期由若干个机器周期组成, 而每个机器周期又包含多个时钟周期。 #### 三、应用设计题 **1. 指令格式设计** - **解析**: - 根据指令集的特点设计指令格式, 包括操作码、地址码等部分, 并考虑指令的长度、寻址方式等因素。 **2. 中断屏蔽技术的使用** - **解析**: - 中断屏蔽技术允许CPU选择性地响应中断请求, 通过设置中断屏蔽寄存器来实现。 **3. 流水线、影响流水线性能的因素** - **解析**: - 流水线操作周期应为最长操作时间, 即100ns。 - 发生数据相关时, 第二条指令需推迟至少100ns。 - 如果改进硬件设计, 至少需要推迟80ns。 **4. 存储器与CPU的连接** - **解析**: - 根据给定的地址范围分配存储空间, 选择合适的存储芯片, 设计片选逻辑电路, 实现CPU与存储器的正确连接。 **5. 指令的执行过程** - **解析**: - 描述指令从取指、译码到执行的全过程, 包括各个阶段的操作细节。 以上是对《计算机组成原理考试题型》文档中的题目进行了详细的解析和扩展, 希望能帮助您更好地理解和掌握这些重要的知识点。