计算机考研 | 2021年 | 计算机组成原理真题
文章目录
- 【计算机组成原理2021年真题43题-15分】
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- 【第一步：信息提取】
- 【第二步：具体解答】
- 【第三步：总结】
- 【计算机组成原理2021年真题44题-8分】
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- 【第一步：信息提取】
- 【第二步：具体解答】
【计算机组成原理2021年真题43题-15分】
【第一步：信息提取】
1、字长为16位，按字节编址： 规定了寻址单位字节
2、地址线为20位： 寻址范围 0~ 2 20 2^{20} 220，地址长度为20位
3、数据线为8位： 数据长度为8位
4、指令寄存器定长16位： 指令字长16位
5、对于图的解读：
- rs, rt和rd为通用寄存器编号，各占两位，可以看出这种类型的寄存器不会超过4个
- op1占4位，可以有16种指令；op2，op3占6位，可以有64种指令，但是这里有个问题，也就是000000被R型占据，所以一共只可以有63种指令
【第二步：具体解答】
第一小题：
（1）ALU的宽度是多少位？
（本小题考察对ALU概念的理解）
ALU的宽度：ALU的宽度也就是ALU运算对象的宽度，由信息提取①可知，我们在上面看到了字长为16位，字长就是一次运算的长度
注：ALU，即算术逻辑单元，它与字长有关。它能够完成加、减、乘、除等基本运算，以及与、或、非、异或等逻辑运算。
（2）可寻址主存空间大小为多少字节？
（本小题考察对寻址空间概念的理解）
可寻址主存空间大小为多少字节：根据提取的信息②，地址线为20位，寻址范围 0~ 2 20 2^{20} 220 ，所以为 0~ 2 20 2^{20} 220 字节
注：可寻址主存空间与地址线有关
（3）指令寄存器、主存地址寄存器（MAR)和主存数据寄存器（MDR）分别应有多少位？
（本小题考察对各类寄存器的概念理解）
指令寄存器：由信息提取④可知，指令寄存器定长16位，所以指令字长16位；
主存地址寄存器(MAR）：地址寄存器与地址线数有关，由信息提取②可知地址线为20位，所以MAR为20位
主存数据寄存器（MDR）：数据寄存器与数据线数有关，由信息提取③可知地址线为8位，所以MDR为8位
注：
指令寄存器，存储指令的寄存器，与指令字长有关。
主存地址寄存器(MAR），存储地址的寄存器，与地址线有关。
主存数据寄存器（MDR），存储数据的寄存器，与数据线有关。
第二小题：
（1）R型格式最多可定义多少种操作?
（本小题考察指令格式）
由信息提取⑤可知，op1占4位，可以有16种指令；头000000被写死，所以共有16种指令
（2）Ⅰ型和J型格式总共最多可定义多少种操作?
（本小题同样考察指令格式）
由信息提取⑤可知，op2,op3占6位，可以有64种指令，但是这里有个问题，也就是000000被R型占据（注：在做大题的时候要首尾相顾），所以一共只可以有63种指令
（3）通用寄存器最多有多少个?
（本小题考察指令格式各分段的意义）
由信息提取⑤可知，rs, rt和rd为通用寄存器编号，各占两位，可以看出这种类型的寄存器不会超过4个
第三小题：
（1）假定op1为 0010和0011时，分别表示带符号整数减法和带符号整数乘法指令，则指令01B2H的功能是什么（参考上述指令功能说明的格式进行描述)？
（本小题考察指令格式和指令二进制分段意义）
指令01B2H是16进制，把它修改位二进位为：0000 0001 1011 0010，参考op1的位置是右边4位，所以是0010，所以代表是带符号整数减法，然后是三个寄存器分别是01,10,11，按三地址指令，表示R[1]-R[2]—>R[3]，表示编号为1的寄存器中的值减去编号为2的寄存器的值，得到的结果存到编号为3的寄存器中去
（2）若1，2，3号通用寄存器当前内容分别为B052H,0008H,0020H，则分别执行指令01B2H和01B3H后，3号通用寄存器内容各是什么?各自结果是否溢出？
（本小题考察数据的表示和运算）
已知01B2H表示编号为1的寄存器中的值减去编号为2的寄存器的值，得到的结果存到编号为3的寄存器中去
R[3]=B052H-0008H=B04AH，结果并未溢出
指令01B3H也是16进制，把它修改位二进位为：0000 0001 1011 0011，参考op1的位置是右边4位，所以是0011，所以代表是带符号整数乘法，B052H修改为二进制：1011 0000 0101 0010，乘8左移三位，1000 0010 1001 0000， R [ 3 ] = B 052 H ∗ 0008 H = 8290 H R[3] = B052H * 0008H = 8290H R[3]=B052H∗0008H=8290H，结果溢出
第四小题：
若采用Ⅰ型格式的访存指令中 imm（偏移量）为带符号整数，则地址计算时应对imm进行零扩展还是符号扩展?
（本小题考察指令的寻址方式）
在执行指令的时候，可能会向前跳转，也可能会向后跳转，所以偏移量是一个带符号位的整数，所以地址计算时应对imm进行符号扩展
第五小题：
无条件转移指令可以采用上述哪种指令格式?
（本小题考察对题目的理解和把握）
（笔者注：其实这里有个小技巧，计算机组成原理大题给的每一个信息都是用得上的，所以可以猜一下，题目给的信息那个没用上）可以采用J型格式，因为将target部分写入PC的低10位，完成跳转。
【第三步：总结】
从以上五个小题可以看出来以下信息
- 本题是考察计算机组成原理中指令系统和数据的表示和运算（考察的知识点）
- 可以看到，本题题干所给出的内容都是用的上的，到最后一个小题可以试着猜一下
- 根据题干给出的信息，相当于给了暗语，要把信息翻译成有利于解题的数据
【计算机组成原理2021年真题44题-8分】
假设计算机M的主存地址为24位，按字节编址；采用分页存储管理方式，虚拟地址为30位，页大小为4KB；TLB采用2路组相联方式和LRU替换策略，共8组。请回答下列问题。
（1）虚拟地址中哪几位表示虚页号？哪几位表示页内地址？
（2）己知访问TLB时虚页号高位部分用作TLB标记，低位部分用作TLB组号，M 的虚拟地址中哪几位是 TLB标记？哪几位是TLB组号？
（3）假设TLB初始时为空，访问的虚页号依次为10，12，16，7，26，4，12和20，在此过程中，哪一个虚页号对应的TLB表项被替换？说明理由。
（4）若将M中的虚拟地址位数增加到32位，则 TLB表项的位数增加几位？
【第一步：信息提取】
1、主存地址为24位，按字节编址： 即主存大小为16MB
2、虚拟地址为30位，页大小为4KB，TLB采用2路组相联方式和LRU替换策略，共8组： 页内地址12位，组内地址3位，虚拟标记地址15位
【第二步：具体解答】
第一小题：
（1）虚拟地址中哪几位表示虚页号？
（本小题考察虚拟存储器的相关概念）
虚拟地址=TLB标记+标记组号+页内地址，前两者组成虚页号。
由信息提取②中可知，页内地址12位，虚拟地址共30位，故虚拟地址=20-12=18位，即高18位为虚页号
（2）哪几位表示页内地址？
（本小题考察虚拟存储器的相关概念）
由信息提取②中可知，页内地址12位，即低12位为业内地址
第二小题：
（1）己知访问TLB时虚页号高位部分用作TLB标记，低位部分用作TLB组号，M 的虚拟地址中哪几位是 TLB标记？
（本小题考察虚拟存储器的存储分类）
由信息提取②中可知，TLB采用2路组相联方式，共8组，所以标记组号占三位。
因为虚拟页号由TLB标记和TLB组号组成，所以，高18位中的高15位为TLB标记
（2）哪几位是TLB组号？
（本小题考察虚拟存储器的存储分类）
由信息提取②中可知，虚拟页号由TLB标记和TLB组号组成，所以，高18位中的低3位为TLB组号
第三小题：
（1）假设TLB初始时为空，访问的虚页号依次为10，12，16，7，26，4，12和20，在此过程中，哪一个虚页号对应的TLB表项被替换？说明理由。
TLB组号=虚页号 mod TLB组数。
本题中，为二路组相联，同时组数为8，故TLB组号=虚页号 % 8；
| 1 | 10%8=2 |
|---|---|
| 2 | 12%8=4 |
| 3 | 16%8=0 |
| 4 | 7%8=7 |
| 5 | 26%8=2 |
| 6 | 4%8=4 |
| 7 | 12%8=4 |
| 8 | 20%20=4 |
故，得出如下结论
| 编号 | 数字1 | 数字2 |
|---|---|---|
| 0 | 16 | |
| 1 | ||
| 2 | 10 | 26 |
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 | ||
| 6 | ||
| 7 | 7 |
第四小题：
（1）若将M中的虚拟地址位数增加到32位，则 TLB表项的位数增加几位？
由信息提取②中可知，虚拟地址共30位，故虚拟地址=20-12=18位，即高18位为虚页号
现在地址位数增加到32位，故增加了2位， TLB表项的位数也增加2位，到20位