2020-2021 上 期中測之GU

一、 選擇題（每題1分，共15分）

1、馮·諾依曼結構計算機指令和資料表示的敘述中，正確的是（ C ），
A、 指令和資料可以從形式上加以區分
B、 指令以二進制形式存放，資料以十進制形式存放
C、 指令和資料都以二進制形式存放
D、 指令和資料都以十進制形式存放

２、在機器數 （ B ）中，零的表示形式是唯一的，
A、原碼 B、補碼 C、反碼 D、原碼和反碼

解:考的有點頻繁了...

3、若某數采用IEEE 754單精度浮點數格式表示為 4510 0000H，則其值是（ 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進制 0100 0101 0001 0000 0000 0000 0000 0000
 0100 0101 0.001 0000 0000 0000 0000 0000
尾數部分 = （1.001）~2~ = 2^0^+2^-3^=1.125
階數部分 = （0100 0101 0）~2~ = 2+8+2^7^=138 = 真值 + 2^7^-1
則 真值 = 11
則答案 為 B

4、CPU中能進行算術和邏輯運算的最基本運算部件是（ D ），
A、 多路選擇器 B、 移位器 C、 加法器 D、 ALU

5、考慮以下C語言代碼：
short si= -8196;
int i=si;
執行上述程式段后，i的機器數表示為（ D ），
A、0000 9FFCH B、0000 DFFCH C、FFFF 9FFCH D、FFFF DFFCH

知識點：
定點整數：在原符號位和數值位之間添加新位，正加0；負原碼加0，負數反碼和補碼加1；
定點小數：在原符號位和數值位之間添加新位，正加0；負原補碼加0，負數反碼加1；

解：
-8196 = （1010 0000 0000 0100）~2~
補碼: 1101 1111 1111 1100
i = 1111 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1100
 = F F F F D F F C

6、下面有關半導體存盤器組織的敘述中，錯誤的是（ D ），
A、存盤器的核心部分是存盤體，由若干存盤單元組成
B、存盤單元由若干個存放0或1的存盤元件構成
C、一個存盤單元有一個編號，就是存盤單元的地址
D、同一個存盤器中，每個存盤單元的寬度可以不同

解:
現代計算機的主存盤器由半導體存盤器構成，其中存放資訊的地方稱為存盤陣列；
每個存盤陣列包含若干個存盤單元，每個存盤單元由若干個記憶單元（cell）構成，每個記憶單元存放一位資訊（0或1），

某一臺計算機的主存盤器編址方式，總是由其對應的指令集體系結構（ISA）確定的；
現代通用計算機大多采用按位元組編址方式，即主存盤器中每個位元組有一個地址，也即每個存盤單元的寬度都是8位，

7、以下是有關段式虛擬存盤器的敘述，其中錯誤的是（ D ），
A、段是邏輯結構上相對獨立的程式塊，因此段是可變長的
B、按程式中實際的段來分配主存，被分配后的主存塊是可變長的
C、每個段表項必須記錄對應段在主存的起始位置和段的長度
D、分段方式對低級語言程式員和編譯器來說是透明的

8、在計算機系統中，描述系統運行狀態的部件是（ D ），
A、程式計數器 B、累加器 C、通用暫存器 D、程式狀態字暫存器

二、簡答題

1、已知十進制數x=-66，y=+95，設機器數字長8位（含1位符號位），先表示出[x]補、[y]補和[-y]補，用補碼運算方式計算x-y，要求寫出詳細程序，判斷是否溢位，并給出相應的Z（零標志）、V（溢位標志）和C（進位標志），

[X] ~原~= (1100 0010)~2~
[X] ~反~= (1011 1101)~2~
[X] ~補~= (1011 1110)~2~
[Y]~原~ = (0101 1111)~2~
[-Y]~補~ = (1010 0001)~2~
[X-y]~補~ = [x]~補~ +[-Y]~補~=
  1011 1110
+1010 0001
——————
1 0101 1111

發生了溢位，s~f1~=1  s~f2~= 0  有溢位
Z = 0  C = 1  V = 1

2、CPI的含義是什么？執行時間（回應時間）和CPI是什么關系？

答：CPI是指每條指令執行所用的時鐘周期數，
通常，一條特定指令的CPI是一個確定的值 ，而某個程式的CPI則是一個平均值，
一個程式的執行時間取決于該程式所包含的指令數、CPI和時鐘周期，
在指令條數和時鐘周期一定的情況下，CPI越大，執行時間越長，

三.分析計算題

1、“非常簡單CPU”的暫存器和內部組織結構如下：
存盤空間為64B,程式員可訪問的暫存器AC,另有作業用的6位地址暫存器AR、6位程式計數器PC、8位資料暫存器DR、2位指令暫存器IR，
指令集結構如下：

（1）假設初始時PC=0,AC=25H,記憶體各單元的內容如下所示，程式運行5個指令周期后，AC=? 寫出每步的程序，

pc = 0，內容 = 01 000 111 執行AND
內容地址 = 000 111 
M[000 111] = M[ 7 ] = 1010 1010
AC = 25H = 0010 0101 
AC ^ 1010 1010 = 0010 0000 = 20H

pc=1,內容 = 00000110 執行 ADD
內容地址 = 000110 = 6
AC + 00000011 =  0010 0000  + 00000011
 = 0010 0011 = 23H

pc=2，內容 = 11101010 執行INC
AC + 1 = 0010 0100 = 24H

pc =3 ，內容 = 10000001 執行 JMP
內容地址 = 000001 = 1 跳到1號單元

pc = 4，AC + 00000011 = 27H

故執行5個周期后，AC = 27H

（2）畫出CPU狀態圖，

因為指令暫存器IR有兩位，所以完成四種操作需要用的IR指令分別為00、01、10、11

（3）用RTL語言寫出各狀態的操作陳述句，

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、某機字長32位，控制器采用微程式控制方式，微指令字長32位，采用水平型直接控制與欄位編碼控制相結合的微指令格式，共有微命令40個，其中9個微命令采用直接控制方式，31個微命令采用欄位編碼控制方式，共構成4個相斥類（各包含7個、16個、3個、5個微命令），可測驗的外部條件有2個，
設計該微指令的具體格式，控制存盤器容量是多少？

下址欄位有8位，控制存盤器容量為2⁸=256個單元，

4、假設微程式控制器容量為1024×48位，微程式可在整個控存內實作轉移，反映所有指令執行狀態轉換的有限狀態機中有4個分支點，采用水平型微指令格式，并采用斷定法確定下一條微地址，即由專門的下地址欄位確定微地址，
1）設計微指令格式，說明各欄位的含義和位數；
2）對轉移控制欄位進行編碼，

(1)解:微程式控制器容量位 1024 × 48，說明下地址欄位有10位 ；
有4個分支點，說明需要對5鐘情況進行控制，轉移欄位有3位；
微操作碼欄位有 48 - 10 - 3 = 35位

（2）轉移控制欄位編碼：（注：編碼方式不唯一，只要正確即可）
000：下地址欄位指出的地址作為下一條微地址
100：根據分支1處的條件來選擇下一條微地址
101：根據分支2處的條件來選擇下一條微地址
110：根據分支3處的條件來選擇下一條微地址
111：根據分支4處的條件來選擇下一條微地址

5、某計算機CPU主頻為500MHz，CPI為5.
假定某外設的資料傳輸率為0.5MB/s，采用中斷方式與主機進行資料傳送，傳輸單位為32位，對應的中斷服務程式包含18條指令，中斷回應等其他開銷相當于兩條指令的執行時間，回答下列問題，要求給出計算程序，
1）在中斷方式下，CPU用于該外設I/O的時間占整個CPU時間的百分比是多少？
2）當該外設的資料傳輸率達到5MB/s時，改用DMA方式傳送資料，假定每次DMA傳送的塊大小為5000B，DMA預處理和后處理的總開銷為500個時鐘周期，則CPU用于外設I/O的時間占整個CPU時間的百分比是多少？（假設DMA與CPU之間沒有訪存沖突）

解：
（1）每次中斷處理的時鐘周期數為 （18+2）× 5 = 100
外設傳輸的資料為0.5MB/s,每次中斷傳送4位元組，
中斷次數 = 0.5MB / 4B = 125000次
100 × 125000 = 12.5M 個時鐘周期
CPU主頻500MHZ，時間為12.5/500=2.5%

（2）5MB/1000B = 1000次
500 × 1000 =0.5M
0.5M / 500M = 0.1%