计算机组成原理试题.doc

西北工业大学计算机组成原理考试题

一、（21分）完成下列运算

1．（14分）已知X=--65，Y=66，求：

（1）X的二进制（X2）、八进制（X8）、十六进制（X16）、[X]原、[X]反、[X]补、[X]移、[X]BCD

（2）用8bit补码计算求X+Y=?，X-Y=?，并判断结果是否正确。（要求写出运算过程）

2．（7分）用IEEE754单精度格式表示下列数：--6、1/16

二、（52分）回答下列问题

1．（13分）请说明CPU由哪几部分构成，每一部分的作用是什么？通常情况下与指令执行有关的寄存器有哪些？它们各自的作用是什么？

2．（10分）请说明随机替换策略、FIFO替换策略、LRU替换策略的方法和优缺点。

answer:

方法：随机地选择被替换得块

优点：简单，易于硬件实现，并且对于硬件调试很有用

缺点：没有考虑块被使用的情况，反映不了程序的局部性

方法：最先装入的块最先被替换

优点：简单，易于实现

缺点：虽然利用了各块进入Cache的顺序这一“历史”信息，但是还是不能正确反映程序的局部性。因为最先进入的块，很可能是经常用到的块。

方法：最近最少被使用的块作为被替换的块

优点：反映了程序的局部性，因而失效率在三种方法中最低

缺点：比较复杂，硬件实现比较困难，特别是当Cache容量增加时，实现代价越来越高，而且经常只能是近似的实现（选最久没有被使用过的块作为被替换的块）

3．（14分）什么是中断？通常中断周期完成哪些工作？解释下列术语：

（1）中断源（2）中断系统（3）断点（4）向量中断（5）单重中断

4．（15分）为什么要进行总线仲裁？集中式总线仲裁有哪几种仲裁方法？请说明每一种仲裁方法是怎样进行仲裁的，并比较它们的优缺点。

answer:

为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁。按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。

1.集中式仲裁

集中式仲裁中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲裁器的总线请求信号线BR，一条是仲裁器送出的总线授权信号线BG。

(1)链式查询方式

链式查询方式的主要特点：总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口。假如BG到达的接口无总线请求，则继续往下查询；假如BG到达的接口有总线请求，BG信号便不再往下查询，该I/O接口获得了总线控制权。离中央仲裁器最近的设备具有最高优先级，通过接口的优先级排队电路来实现。

链式查询方式的优点:只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，很容易扩充设备。

链式查询方式的缺点:对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，那么第i个以后的设备都不能进行工作。查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求时，优先级较低的设备可能长期不能使用总线。

(2)计数器定时查询方式

总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。中央仲裁器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置“1”BS线，获得了总线使用权，此时中止计数查询。

每次计数可以从“0”开始，也可以从中止点开始。如果从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。

计数器的初值也可用程序来设置，这可以方便地改变优先次序，但这种灵活性是以增加线数为代价的。

(3)独立请求方式

每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求，给设备以授权信号BGi。

独立请求方式的优点：响应时间快，确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽(禁止)某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。

三、（10）请画出如下寻址方式的示意图

（1） 立即寻址（2）直接寻址（3）间接寻址（4）寄存器寻址（5）前变址

四、（10分）请用4K×4bit的SRAM芯片，组成一个8K×8bit的存储器。画出该存储器与CPU连接的示意图。

五、（7分）某计算机字长16位，主存容量64K字。指令系统共有60条指令，有直接、间接、相对和立即四种寻址方式，指令为单字长单地址指令。请设计该指令系统的指令