2020-2021 上 期中测之GU
一、 选择题（每题1分，共15分）
1、冯·诺依曼结构计算机指令和数据表示的叙述中，正确的是（ C ）。
A、 指令和数据可以从形式上加以区分
B、 指令以二进制形式存放，数据以十进制形式存放
C、 指令和数据都以二进制形式存放
D、 指令和数据都以十进制形式存放
２、在机器数 （ B ）中，零的表示形式是唯一的。
A、原码 B、补码 C、反码 D、原码和反码
解:考的有点频繁了...
3、若某数采用IEEE 754单精度浮点数格式表示为 4510 0000H，则其值是（ B ）。
A、 （+1.125）10×210 B、 （+1.125）10×211
C、 （+0.125）10×211 D、 （+0.125）10×210
解: IEEE 754 == 1 + 8 + 23
4510 0000H 化成2进制 0100 0101 0001 0000 0000 0000 0000 0000
0100 0101 0.001 0000 0000 0000 0000 0000
尾数部分 = （1.001）~2~ = 2^0^+2^-3^=1.125
阶数部分 = （0100 0101 0）~2~ = 2+8+2^7^=138 = 真值 + 2^7^-1
则 真值 = 11
则答案 为 B
4、CPU中能进行算术和逻辑运算的最基本运算部件是（ D ）。
A、 多路选择器 B、 移位器 C、 加法器 D、 ALU
5、考虑以下C语言代码：
short si= -8196;
int i=si;
执行上述程序段后，i的机器数表示为（ D ）。
A、0000 9FFCH B、0000 DFFCH C、FFFF 9FFCH D、FFFF DFFCH
知识点：
定点整数：在原符号位和数值位之间添加新位，正加0；负原码加0，负数反码和补码加1；
定点小数：在原符号位和数值位之间添加新位，正加0；负原补码加0，负数反码加1；
解：
-8196 = （1010 0000 0000 0100）~2~
补码: 1101 1111 1111 1100
i = 1111 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1100
= F F F F D F F C
6、下面有关半导体存储器组织的叙述中，错误的是（ D ）。
A、存储器的核心部分是存储体，由若干存储单元组成
B、存储单元由若干个存放0或1的存储元件构成
C、一个存储单元有一个编号，就是存储单元的地址
D、同一个存储器中，每个存储单元的宽度可以不同
解:
现代计算机的主存储器由半导体存储器构成，其中存放信息的地方称为存储阵列；
每个存储阵列包含若干个存储单元，每个存储单元由若干个记忆单元（cell）构成，每个记忆单元存放一位信息（0或1）。
某一台计算机的主存储器编址方式，总是由其对应的指令集体系结构（ISA）确定的；
现代通用计算机大多采用按字节编址方式，即主存储器中每个字节有一个地址，也即每个存储单元的宽度都是8位。
7、以下是有关段式虚拟存储器的叙述，其中错误的是（ D ）。
A、段是逻辑结构上相对独立的程序块，因此段是可变长的
B、按程序中实际的段来分配主存，被分配后的主存块是可变长的
C、每个段表项必须记录对应段在主存的起始位置和段的长度
D、分段方式对低级语言程序员和编译器来说是透明的
8、在计算机系统中，描述系统运行状态的部件是（ D ）。
A、程序计数器 B、累加器 C、通用寄存器 D、程序状态字寄存器
二、简答题
1、已知十进制数x=-66，y=+95，设机器数字长8位（含1位符号位），先表示出[x]补、[y]补和[-y]补，用补码运算方式计算x-y，要求写出详细过程，判断是否溢出，并给出相应的Z（零标志）、V（溢出标志）和C（进位标志）。
[X] ~原~= (1100 0010)~2~
[X] ~反~= (1011 1101)~2~
[X] ~补~= (1011 1110)~2~
[Y]~原~ = (0101 1111)~2~
[-Y]~补~ = (1010 0001)~2~
[X-y]~补~ = [x]~补~ +[-Y]~补~=
1011 1110
+1010 0001
——————
1 0101 1111
发生了溢出，s~f1~=1 s~f2~= 0 有溢出
Z = 0 C = 1 V = 1
2、CPI的含义是什么？执行时间（响应时间）和CPI是什么关系？
答：CPI是指每条指令执行所用的时钟周期数。
通常，一条特定指令的CPI是一个确定的值 ，而某个程序的CPI则是一个平均值。
一个程序的执行时间取决于该程序所包含的指令数、CPI和时钟周期。
在指令条数和时钟周期一定的情况下，CPI越大，执行时间越长。
三.分析计算题
1、“非常简单CPU”的寄存器和内部组织结构如下：
存储空间为64B,程序员可访问的寄存器AC,另有工作用的6位地址寄存器AR、6位程序计数器PC、8位数据寄存器DR、2位指令寄存器IR。
指令集结构如下：
（1）假设初始时PC=0,AC=25H,内存各单元的内容如下所示。程序运行5个指令周期后，AC=? 写出每步的过程。
| 单元号 | 内容 |
|---|---|
| 0 | 01000111 |
| 1 | 00000110 |
| 2 | 11101010 |
| 3 | 10000001 |
| 4 | 10101010 |
| 5 | 01010101 |
| 6 | 00000011 |
| 7 | 10101010 |
| 8 | 11111100 |
pc = 0，内容 = 01 000 111 执行AND
内容地址 = 000 111
M[000 111] = M[ 7 ] = 1010 1010
AC = 25H = 0010 0101
AC ^ 1010 1010 = 0010 0000 = 20H
pc=1,内容 = 00000110 执行 ADD
内容地址 = 000110 = 6
AC + 00000011 = 0010 0000 + 00000011
= 0010 0011 = 23H
pc=2，内容 = 11101010 执行INC
AC + 1 = 0010 0100 = 24H
pc =3 ，内容 = 10000001 执行 JMP
内容地址 = 000001 = 1 跳到1号单元
pc = 4，AC + 00000011 = 27H
故执行5个周期后，AC = 27H
（2）画出CPU状态图。
因为指令寄存器IR有两位，所以完成四种操作需要用的IR指令分别为00、01、10、11
（3）用RTL语言写出各状态的操作语句。
FETCH1: AR←PC （取址）
FETCH2: DR←M，PC←PC＋1
FETCH3: IR←DR[7…6]，AR←DR[5…0]
ADD1: DR←M
ADD2: AC←AC＋DR
AND1: DR←M
AND2: AC←AC∧DR
JMP1: PC←DR[5…0]
INC1: AC←AC＋1
３、某机字长32位，控制器采用微程序控制方式，微指令字长32位，采用水平型直接控制与字段编码控制相结合的微指令格式，共有微命令40个，其中9个微命令采用直接控制方式，31个微命令采用字段编码控制方式，共构成4个相斥类（各包含7个、16个、3个、5个微命令）。可测试的外部条件有2个。
设计该微指令的具体格式，控制存储器容量是多少？
| 9个微命令 | 7个微命令 | 16个微命令 | 3个微命令 | 5个微命令 | 判别字段 | 下址字段 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 9 | 3 | 5 | 2 | 3 | 2 | 8 |
下址字段有8位，控制存储器容量为28=256个单元。
4、假设微程序控制器容量为1024×48位，微程序可在整个控存内实现转移，反映所有指令执行状态转换的有限状态机中有4个分支点，采用水平型微指令格式，并采用断定法确定下一条微地址，即由专门的下地址字段确定微地址。
1）设计微指令格式，说明各字段的含义和位数；
2）对转移控制字段进行编码。
(1)解:微程序控制器容量位 1024 × 48，说明下地址字段有10位 ；
有4个分支点，说明需要对5钟情况进行控制，转移字段有3位；
微操作码字段有 48 - 10 - 3 = 35位
（2）转移控制字段编码：（注：编码方式不唯一，只要正确即可）
000：下地址字段指出的地址作为下一条微地址
100：根据分支1处的条件来选择下一条微地址
101：根据分支2处的条件来选择下一条微地址
110：根据分支3处的条件来选择下一条微地址
111：根据分支4处的条件来选择下一条微地址
5、某计算机CPU主频为500MHz，CPI为5.
假定某外设的数据传输率为0.5MB/s，采用中断方式与主机进行数据传送，传输单位为32位，对应的中断服务程序包含18条指令，中断响应等其他开销相当于两条指令的执行时间。回答下列问题，要求给出计算过程。
1）在中断方式下，CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？
2）当该外设的数据传输率达到5MB/s时，改用DMA方式传送数据。假定每次DMA传送的块大小为5000B，DMA预处理和后处理的总开销为500个时钟周期，则CPU用于外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？（假设DMA与CPU之间没有访存冲突）
解：
（1）每次中断处理的时钟周期数为 （18+2）× 5 = 100
外设传输的数据为0.5MB/s,每次中断传送4字节，
中断次数 = 0.5MB / 4B = 125000次
100 × 125000 = 12.5M 个时钟周期
CPU主频500MHZ，时间为12.5/500=2.5%
（2）5MB/1000B = 1000次
500 × 1000 =0.5M
0.5M / 500M = 0.1%