山东大学软件学院计算机组成原理2021-2022期末考试回忆版

山东大学软件学院计算机组成原理2021-2022期末考试回忆版

前言

这次考试让我深刻意识到，平时作业的重要性——考试题绝大部分都是平时作业的类似题型！甚至还有原题！所以，再次提醒一下学弟学妹们：如果想考的更好，那就把平时的作业题独立做上几遍，如果只是不想挂科，那也是把平时的作业题特别是简答题背一背，那就应该可以过及格线了，当然，这是在你的计组实验完成的比较不错的情况下，毕竟计组实验就占40%的期末成绩。

一、考试日期

2022年1月5日 8：30-10：30

二、考试范围

《计算机组成原理》第1~10章
第二、三章作为扩展阅读，一般不考；
下面是老师划的重点（不过只是考一部分）：
第一章
1、冯诺依曼计算机的特点
第四章
1、存储系统的层次结构
2、静态RAM和动态RAM的不同点
3、动态RAM为什么要刷新？各种刷新方式的特点，说明各种刷新方法的过程
4、半导体存储器的扩展（设计题：连线或补充连线，会分析地址译码过程）
5、主存地址、Cache地址个字段的划分，Cache地址映射，给你一个特定的主存地址映射成具体的Cache地址
第五章
1、主机和外设之间的信息传递的控制方式，各自的特点
2、保护现场的含义和实现
3、程序查询方式的特点
4、程序中断的概念
5、I/O中断处理过程，CUP响应中断的条件，中断服务程序的流程，单重中断和多重中断的区别
6、DMA方式访存有哪几种方法，DMA的工作工程（几个阶段，分别做什么），DMA和程序中断有什么不同点（比较）具体一点，程序中断和DMA二者的响应过程有何不同
第六章
1、进位计数制之间的转换（包括整数部分和小数部分）
2、定点数：原、反、补码之间的转换
3、浮点数：给你一个给定格式的浮点数代码，能否写出其真值
4、二进制补码的加减运算及溢出判断
5、给定原码一位乘法的计算过程（步骤）
6、浮点数的加减运算
第七章
1、指令的基本格式
2、操作码的扩展
3、寻址方式的含义及有效地址的计算（基址寻址和变址寻址的异同点）
第八章
1、CPU的功能和组成
2、指令周期的概念
3、中断周期内CPU要完成哪几项操作
4、中断服务程序入口地址的寻找
5、借助中断屏蔽技术改变中断处理的优先级，绘制CPU运行轨迹图
第九章
1、指令周期、机器周期和时钟周期（节拍）三者之间的关系
2、给定数据通路结构，给定指令（具有特定的寻址方式），写出未操作流程图，结合时序信号）
第十章
1、组合逻辑控制器和微程序控制器的比较，各自的优缺点
2、说明微程序控制器的基本原理和工作过程
3、微程序控制器后继微地址的形成，尤其是如何根据操作码形成相应微程序入口地址
补充内容
1、卡诺图化简，根据化简后的逻辑表达式绘制逻辑电路图

三、考试内容

(一）计算题
1、（补码加减法） 设机器数字长为8位（含1位符号位），A=-11/16, B=7/16, 用补码运算规则 A+B，A-B，并说明运算结果是否溢出（要求用双符号位方案）。
相关练习题：例题6.12及课后练习题6.19

2、（原码一位乘） x=0.11011, y=-0.11101利用原码一位乘计算x*y

相关练习题：例题6.17及课后练习题6.20

3、某规格化浮点数字长16位，阶码在前、尾数在后，其中尾数11位(含1位数符)，阶码5位(含1位阶符)，阶码和尾数都用补码表示。
（1）求此规格化浮点数表示的最小负数的编码（用16进制表示）。
（2）若浮点数代码为(5C0E)16，求其真值。（考试的浮点数代码忘了，就用的平时作业题的）
参考答案：
（1）最小负数: 01111 10000000000B=7C00H
（2）5C0E=0101 1100 0000 1110B
其中，阶码01011B=11D，尾数补码100 0000 1110
真值-11111100100 B或-7E4H或 -2020 D

4、抱歉，这一题想不起来了。

（二）简答题
1、试比较静态RAM和动态RAM的特点。
参考答案：
1）静态RAM：依靠双稳态触发器保存二进制代码，只要不断电，信息就不会丢失；功耗较大，集成度较低，速度快，每位价格高，适合于作Cache或存取速度要求较高的小容量主存。
2）动态RAM：依靠电容存储电荷来保存二进制代码，需刷新电路进行动态刷新，存取速度较慢；功耗小，集成度高，每位价格低，适合于作大容量主存。

2、以硬盘读写为例，说明在主机和外设之间进行数据传送，为什么需要采用DMA方式而不是程序中断方式？简述DMA方式和中断方式的不同点。
参考答案要点：
原因：一些高速外设，如硬盘、光盘等I/O设备，经常需要和主存进行大批量的数据交换；若采用程序中断方式来完成，即通过CPU执行程序来完成数据交换，数据交换都是以字或字节为单位，速度较慢，极可能造成数据的丢失，因而不能满足批量数据的高速传递需求。因此，需要借助于硬件，比如DMA控制器来实现主存和高速外设之间的直接数据传送。
不同点体现为如下几个方面：1）数据传送：程序中断方式通过软件（中断服务程序）来完成信息交换；而DMA方式则是通过硬件(DMA控制器）来实现的。2）响应时间：前者在一条指令执行结束时响应，后者在一个存取周期结束时响应；3）随机事件处理能力：中断传送方式不仅适合于一般的信息交换，还适合对随机事件的处理；DMA方式仅适合简单数据的高速传输；4）工作过程：前者是程序切换，需保存现场；后者是总线占有权的 切换，无需保存现场。5）优先级：通常情况下，DMA请求的优先级高于中断请求的优先级。

3、画图并说明微程序控制器中是如何根据操作码形成相应微程序入口地址的。
参考答案要点：
如上图所示，机器指令取至指令寄存器后，指令的操作码作为微地址形成部件的输入，来形成微指令的地址。因此，可以把微地址形成部件理解为一个编码器。微地址形成部件可采用PROM实现，即以指令的操作码作为PROM的地址，而相应的存储单元中就存放着对应该指令微程序的首地址。

4、计算机是如何区分存储器中的指令和数据的？

参考答案要点：
CPU可通过两种手段来区分访存取来的是指令还是数据。
1）通过不同的时间段区分：在指令的取指阶段访存取出的是指令；在指令的执行阶段访存取来的即为操作数，也就是数据。
2）通过不同的地址来源和目的地址区分：由PC提供访存地址，取来的即为指令，送往指令寄存器IR；由指令的地址码部分提供访存地址取来的是操作数（数据），送往数据寄存器。

5、举例说明拓展操作码技术（指令字长为16位，操作码的地址码为6位）
参考答案（个人见解，可能有误）：

6、简述寻找中断服务程序入口地址的两种方法，各有何特点？
参考答案要点：
这两种方法分别是硬件向量法和软件查询法。
1）硬件向量法：利用分散设置在各个接口电路或设置在CPU芯片内的专门硬件（向量地址形成部件）产生向量地址，再根据向量地址访问相应内存单元，其内容即为中断服务程序入口地址。该方法速度快，被现代计算机普遍采用。
2）软件查询法：利用中断识别程序，按中断源的优先级从高到低，依次查询是哪个中断源发出的中断请求。当查询到某一中断源有中断请求时，通过无条件转移指令，直接跳转到该中断源的中断服务程序入口，机器便能自动进入中断处理。该方法可灵活改变中断源的优先级，控制方便，但查询时间较长。

（三）分析题
1、设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量，用补码表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为2000H，且CPU每取出一个字节便自动完成（PC）+1→PC的操作。 试问当执行“JMP * +8”和“JMP *-9”指令时，转移指令第二字节的内容各为多少？补充：转移到的目标指令地址（操作数的有效地址）是多少？

（注：考试中的是求“JMP +5”和“JMP-7”，这里直接用的平时作业题，因为有标准答案）
解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：
(说明：弄明白+8和-9的含义：转移到的目标指令地址和当前指令地址之间的距离（方便编程人员编程的），而转移指令第二字节内容是相对位移量，为转移目标地址和修正后的PC值之间的差值。)
取指后PC的值为2000+02=2002H
1）对于指令JMP *+8，转移目标地址为：2000H+08H=2008H
则相对位移量A=2008H-2002H=06H
2) 对于指令JMP *-9，转移目标地址为：2000H-09H=1FF7H
则相对位移量A=1FF7H-2002H=F5H

2、要求写出完成指令：SUB R1 ， @mem : (R1) - ((mem)) → R1 所需要的全部微操作及节拍安排（要求：从取指令开始）以及执行周期的微指令

（四）设计题
1、设某机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射（即Cache每组内共有4个字块）的Cache组织，采用按字节编址。
（1）画出主存地址字段中各段的位数；
（2）写出内存地址375FH可能映射成的Cache地址（用16进制表示）。（考试的内存地址记不得了，用的平时作业的）
（3）写出主存位置位ABCDEH的的存储单元在Cache的第几块？（这里的内存位置也是随便找的，考试的内存地址不记得了）
参考答案：第一问：

2、(注：这一题记不清了，找的平时作业相似的）设CPU有16根地址线，8根数据线，用（低电平有效）作访存控制信号，R/作读写控制信号（高电平为读，低电平为写），现有1K×4位、4K×8位的RAM芯片，2K×8位，4K×4位的ROM芯片，以及74l38译码器和各种门电路，画出CPU与存储器连接图，图中标明信号线的方向、种类和条数；并写出每片RAM芯片的地址范围（用十六进制描述）。
要求：主存地址空间分配：A000H—A7FFH为系统程序区； A800H—AFFFH为用户程序区。
答案要点：
RAM芯片的地址范围：

1. RAM1和RAM2：A800H~ABFFH
2. RAM3和RAM4： AC00H~AFFFH

（注：上述考试内容均是考后回忆，是与平时作业相结合的结果，与实际考试内容有出入，而且上诉答案仅为参考答案，可能有失误！敬请谅解！欢迎指正！）
在结尾的话：
考试内容绝大部分都是作业原题及类似题目，各位正在复习路上的学弟学妹多练习作业、背一背作业简答题吧！祝大家考试不挂科，争取得A+！