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2017年沈阳航空航天大学计算机学院818计算机组成原理考研导师圈点必考题汇编

（一）

说明：①本资料为VIP学员内部使用，整理汇编了历届导师圈点的重点试题及常考试题。

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一、名词解释

1． 多处理机

【答案】多处理机指由两台以上处理机组成的计算机系统。每个处理机都有各自的控制和运算部件，可独立地执行程 序，而共享公共的主存储器和外围设备。处理机之间是通过网络实现通讯的。整个计算机系统都在统一的操作系 统控制下工作，按照多指令流、多数据流的模式实现对作业、任务、程序段的并行处理。

2． 紧耦合系统

【答案】紧耦合系统又称直接耦合系统，指处理机之间物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关实现互连， 可以共享主存。由于信息传输率较高，因而可以快速并行处理作业或任务。

二、简答题

3． 什么是内存?什么是外存?什么是CTU?什么是适配器?简述其功能。

【答案】（1）内存是指计算机内部的半导体存储器；半导体存储器的存储容量有限，因此计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。内存和外存共同用来保存二进制数据。

（2）把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU。它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。

（3）适配器是指连接主机与外设的一个中间电路，也称作接口，其作用相当于一个转换器，它可以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。

4． 某机器中有16个通用寄存器，运行某中断处理程序时仅用到其中2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时是否要将通用寄存器内容保存到主存中去?需保存几个寄存器？

【答案】（1）要将通用寄存器内容保存到主存中去。

（2）中断服务程序中要使用的通用寄存器原内容保存到存储器中，中断服务程序要动用哪个寄存器，就保存哪个，所以需要保存2个。

5． 为什么在页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虚拟 存储器地址变换时必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址？

【答案】由于物理页与虚拟页的页面大小相同，且为2的整数次幂，所以页式虚拟存储器地址变换时可以用物理 页号与页内偏移量直接拼接成物理地址。而段式虚拟存储器的各段大小不

同，且段起始地址任意，所以必须用段 起址与段内偏移量相加才能得到物理地址。

6． 比较总线和标准的性能特点。

【答案】（1

）

总线是当前使用的总线，是一个高带宽且与处理器无关的标准总线，又是

重要的层次总线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力，适合于低成本的小系统，因此在微型机系统中得到 了广泛的应用。

（2）正在发展的

标准，追求高端服务器市场的最新

规范，是一种基于开关的体

总线，数

系结构，可连接多达64000个服务器、存储系统、网络设备，能替代当前服务器中的

据传输率达30GB/S，因此适合于高成本的较大规模计算机系统。

7． “计算机应用”与“应用计算机”在概念上等价吗?用学科角度和计算机系统的层次结构来说明你的观点。

【答案】“计算机应用”与“应用计算机”在概念上等价不等价，原因如下：

（1）计算机应用是一个学科的名词，它包含计算机网络、信息管理、数据库技术、人工智能、计算机辅助设计等多个领域；

（2）应用计算机，从计算机层次结构的角度来看，不同的应用者，应用的方法和目标是不同的，如CPU的设计者是在微程序级应用计算机，目的是为后面的应用者提供功能强大的指令系统；而操作系统的设计者是在汇编语言级应用计算机，目的是扩展硬件功能，为后面的应用者提供良好的操作环境和手段。

三、计算题

8． 把十进制数

【答案】

写成浮点表示的机器数，阶码、尾数分别用原码、反码和补码

表示。设阶码4位，阶符1位，尾数15位，尾数符号1位。

四、综合应用题

9． 已知某机采用微程序控制方式，控存容量为

（1）微指令的三个字段分别应为多少位？

（2）画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。

【答案】（1）水平型微指令由操作控制字段、判断测试字段和下地址字段三部分构成。后续

位。微程序可在整个控存中实现转移，控

制微程序 转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式。请问：

微指令地址采用断 定方式，根据控制存储器容量定为9位。判别测试字段中每一位作

位。

为一个判别标志，那么由于有4个转移条件，故该字段为4位，则操作控制字段为

（2）微程序控制器逻辑框图如图所示，控制存储器存放实现全部指令系统的微程序，字长即为微指令字长。微地址寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息，即下地址。微命令寄存器则保存一条微指令 的操作控制字段和判别测试字段。

地址转移逻辑的输入是指令寄存器的，其输出修改微地址寄存器码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1）

的适当位数，从而实现微程序的分支转移。就是说， 此处微指令的后继地址采用断定方式。

图 微程序控制器逻辑框图

10．某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录面，每道记录信息为122888，最小磁道直径为230mm， 共有275道。问：

（1）磁盘存储器的存储容量是多少？ （2）最高位密度与最低位密度是多少？ （3）磁盘数据传输率是多少？ （4）平均等待时间是多少？ （5）给出一个磁盘地址格式方案。 【答案】

（1）磁盘存储器的存储容量（2

）最小磁道半径高位密度

最大半径

低位密度

转/秒

，

所以扇区地址为5位；

字节/道，所

以

故最大磁道长度为

所以最

故最小磁道长度为

所以最

（3）根据公式磁盘数据传输

率

（4）平均等待时间=旋转一圈时间的一半（5）设每个扇区为512字区，则

因记录面为4，所盘面地址为2位，道数为275，所以柱面地址为9位，因此整个磁盘地址格式为16位，即柱面号（9位）盘面号（2位）扇区号（5位）。

11．1）某16位计算机主存按字节编码。存取单位为16位；采用16位定长指令格式；CPU采用单总线结构，主要部分如下图1所示。图中

为通用寄存器；T为暂存器；SR为移位寄存

器，可实现直送（mov）、左移一位（left）、右移一位（right）3种操作，控制信号为Srop,SR的输出信号Srout控制；ALU可实现直送A（mova）、A加B（add）、A减B（sub）、A与B（and）、A或B（or）、非A（not）、A加1（inc）7种操作，控制信号为ALUop。

图1

请回答下列问题。

（1）图1中哪些寄存器是程序员可见的？为何要设置暂存器T? （2）控制信号ALUop和SRop的位数至少各是多少？ （3）控制信号Srout所控制部件的名称或作用是什么？ （4）端点

中，哪些端点须连接到控制部件的输出端？

中相应的端点之间添加必要的连线。写出连

（5）为完善单总线数据通路，需要在端点线的起点和终点，以正确表示数据的流动方向。

（6）为什么二路选择器MUX的一个输入端是2?

2）题1）中描述的计算机，其部分指令执行过程的控制信号如如图2所示。

图2 部分指令控制信号

该机指令格式如图3所示，支持寄存器直接和寄存器间接两种寻址方式，寻址方式位分别为0和1,通用寄存器R0 R3的编号分别为0、1、2和3。

图3 指令格式

请回答下列问题。

[1]该机的指令系统最多可定义多少条指令？

[2]假定inc、shl和sub指令的操作码分别为01H、02H和03H，贝U以下指令对应的机器代码各是什么？

[3]假定寄存器X的输入和输出控制信号分别为Xin和Xout，其值为1表示有效，为0表示PCout=l表本PC内容送总线）；无效（例如，存储器控制信号为MEMop,用于控制存储器的读（read）和写（write）操作。写出图2中标号①⑧处的控制信号或控制信号的取值。

[4]指令

的执行阶段至少各需要多少个时钟周期？

和程序计数器PC;当执行算

【答案】1）（1

）图中程序员可见的寄存器有通用寄存器

术或逻辑操作时，由于ALU本身是没有内部存储功能的组合电路，因此如要执行加法运算，被相加的两个数必须在ALU的两个输入端同时有效，因此设置暂存器T用于暂存数据总线发送的数据。

【解析】程序员可见的寄存器包括：程序计数器、通用寄存器和状态寄存器。其他的IR、MAR和MDR等是CPU的内部工作寄存器，对程序员不可见。

（2）ALUop和SRop的位数分别为3，2。

【解析】ALU中共有7种命令，用三位即可区别表示，SR共有三种命令二位二进制即可表示。

（3）Srout所控制的部件是状态字寄存器，用来存放ALU及CPU的指令状态。 （4）须连接到控制部件的输出端端点有（5）2）[1]128

【解析】操作符命令，传输等都需要控制信号进行控制。

（6）数据宽度是16位，以字节编址，输入端是2是为了增加地址获取ALU的第二个操作数。

【解析】支持两种寻址方式，使用1位标识，四个寄存器，使用2位标识，因此对于每一个操作数需要3位，每条指令三个操作数，一条指令总共16位，因此剩余7位，所以可以定义条指令。

[2]

前面七位是

前

【解析】“incRl;”中R1是直接寻址的单地址指令，代码是操作码（01H）,001是第一个操作数地址（R1）;

R2是直接寻址，中R1是间接寻址，代码是

，010是第一个操作数地址（R2）,101是第二个操作数地址；

面七位是操作码（02H）

中R1和R2是间接寻址，R3是直接寻址，代码

是“000011011101110”，前面七位是操作码（03H）,011是第一个操作数地址（R3）,101是第二个操作数地址，110是第三个操作数地址。

[3]

[4]至少各需要8和1个时钟周期。

【解析】在一个时钟周期内CPU仅完成一个动作。

执行周期的微操作序列是：

所以至少需要8个时钟周期。

执行周期的微操作序列是：

所以至少需要1个时钟周期。

2017年沈阳航空航天大学计算机学院818计算机组成原理考研导师圈点必考题汇编

（二）

说明：①本资料为VIP学员内部使用，整理汇编了历届导师圈点的重点试题及常考试题。

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一、名词解释

1． 时间并行

【答案】时间并行即时间重叠。让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以 加快硬件周转而赢得处理速度。其实质就是把一件工作按功能分割为若干个相互联系的部分，每一部分指定专门 的部件完成，各部分执行过程在时间上重叠起来，使所有部件依次分工合作完成完整的工作。典型应用就是流水 线技术。

2． AMP

【答案】同构多核处理机可以构成非对称也可以采用异构多核和共享存储器构成。

多核结构。若处理机芯片内部是同构多核，但

多核系统

每个核运行一个独立的操作系统或同一操作系统的独立实例，那就变成非对称多核。

二、简答题

3． 数字计算机如何分类?分类的依据是什么？

【答案】数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，分类依据是计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性。

4． 说明总线结构对计算机系统性能的影响。

【答案】总线结构对计算机系统的性能影响有以下四点：

（1）简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的由总线规范给出了传输线或信号的规定，并对存储器、

设备和

的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。

（2）简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。

（3）系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充 仅仅需要按总线标准设计一些新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠，而且也便于查错。

（4）系统更新性能好。

存储器、

接口等都是按总线规约挂到总线上的，故只要总线

设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，对系统进行更新，且这种更新只需更新需要更新 的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。

接口，

如何挂在总线上都作了具体插件、存储器插件以及

5． 说明软件发展的演变过程。

【答案】软件的发展演变主要有以下几个过程：

（1）在早期的计算机中，人们是直接用机器语言即机器指令代码来编写程序的，这种方式编写的程序称为手编程序；

（2）后来，为了编写程序方便和提高机器的使用效率，人们使用一些约定的文字、符号和数字按规定的格式来表示各种不同的指令，然后再用这些特殊符号表示的指令来编写程序，这就是汇编程序；

（3）为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了各种接近于数学语言的算法语言；

（4）随着计算机技术的日益发展，原始的操作方式越来越不适应，特别是用户直接使用大型机器并独占机器，无论是对机器的效率来说还是对方便用户来说都不适宜，于是人们又创造出操作系统；

（5）随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格。这些数据和表格按一定的规律组织起来，使得处理更方便，检索更迅速，用户使用更方便，于是出现了数据库，数据库和数据库管理软件组成了数据库管理系统。

6． 何谓分布式仲裁?画出逻辑结构示意图进行说明。

【答案】分布式仲裁不需要集中的总线仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有 总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行 比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲 裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。逻辑结构如图所示：

图 分布式仲裁的逻辑结构示意图

7． 段式虚拟存储器对程序员是否透明？请说明原因。

【答案】虚拟管理是由软件（操作系统）和硬件共同完成，由于软件的介入，虚存对实现存储管理系统程序不透 明。而段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同 类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。由于分段是由程序员完成的，所以段式 虚拟存储器对程序员而言不是透明的，但虚存到实存的地址映射是由系统软件辅助完成的，故对应用程序而言， 段是虚拟存储器是“半透明”的。

三、计算题

8． 多处理机系统和多计算机系统的差别是什么？

【答案】多处理机系统和多计算机系统都属于多机系统，但多处理机系统和多计算机系统的差别是：

（1）多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多台独立的计算机。

（2）多处理机中各处理机逻辑上受统一的操作系统控制，而多计算机的操作系统逻辑上是独立的。

（3）多处理机间以单一数据、向量、数组和文件交互作用，多计算机经通道或者通信线路以数据流的方式 进行交互。

（4）多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。

四、综合应用题

9． 一个双面式化容量。

【答案】光盘格式化容量

10．已知

存储周期

主存存储周期主存系统平均访问时间

主存系统平均访问时间为而

求

的

光盘，每面有109道，每道9个扇区，每个扇区存储5128，请求出光盘格

命中率是多少？

【答案】已知所以有

11．设数的阶码3位，尾数6位，用浮点运算方法，计算下列各式：

【答案】（1）假设阶码采用补码表示，尾数采用原码表示，阶码和尾数均采用单符号位，阶码为3位，尾数为6 位，则

①尾数符号位：符号位

去掉尾数符号位后，得到

②阶码相加：③尾数相乘：

得到

①规格化：执行左规格化，尾数每左移一位阶码减1，得到②舍入处理：采用四舍五入，得到

（2）假设阶码采用补码表示，尾数采用补码表示，阶码和尾数均采用单符号位，阶码为3位，尾数为6位， 则

①尾数符号位：符号位②阶码相减：③尾数相除：

得到得到

规格化：执行左规格化，尾数每左移一位阶码减1，得到

2017年沈阳航空航天大学计算机学院818计算机组成原理考研导师圈点必考题汇编

（三）

说明：①本资料为VIP学员内部使用，整理汇编了历届导师圈点的重点试题及常考试题。

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一、名词解释

1． 同时多线程

【答案】同时多线程技术是一种简单、低成本的并行技术。与单线程处理机相比，同时多线程处理机只花费很小的代 价，而性能得到很大改善。在原有的单线程处理机内部为多个线程提供各自的程序计数器、相关寄存器以及其他 运行状态信息，一个“物理”处理机被模拟成多个“逻辑”处理机，以便多个线程同步执行并共享处理机的执行 资源。应用程序无需做任何修改就可以使用多个逻辑处理机。

2． 同构多核

【答案】同构多核处理机内的所有计算内核结构相同，地位对等，它大多由通用的处理机核心构成，每个处理机核心 可以独立地执行任务，其结构与通用单核处理机结构相近。同构多核处理机的各个核心之间可以通过共享存储器 互连，也可以通过

或局部存储器互连。

二、简答题

3．

码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理?为什么？ 【答案】不合理。

指令最好是半字长或单字长，设计16位比较合适。一个字符的单元字长为32

位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，所用的时间较长，不过，一条指令至 少占一个单元，若指令字长12位，一条指令只占了一个单元（32位）的12位，剩佘的22位就浪费了，这样看 来不合理，因为通常单字长指令很多，累计的浪费就很大。

4． 计算机的系统软件包括哪几类?说明它们的用途。

【答案】系统软件用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：

（1）各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等；

（2）语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等，用于把源程序翻译或解释成目的程序；（3）操作系统，用来管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用

户的作业程序，而使多个用户能有效地共用一套计算机系统；

，实现有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访（4）数据库管理系统（DBMS）

是7位，如果设计主存

问计算机软、硬件资源。

5． 说明存储器总线周期与

总线周期的异同点。

总线周期用于对接口中的端口进行读写。

【答案】存储总线周期用于对内存读写，

6． 指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？

【答案】（1）取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器； （1）执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它流向运算器。

7． 冯 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括哪些主要组成部分？

【答案】冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它由运算器，控制器，存储器，适配器及I/O设备组成。

三、计算题

8． 某处理机主频为40MHz，数据总线64位，总线仲裁和地址传送需要2个时钟周期，cache行大小为32字节，主存访问时间为100ns。

（1） cache读操作缺失的延迟时间是多少？ （2）总线带宽是多少？

（3）如果用该处理机组成多处理机系统，并将一个cache行的数据传输至另一个处理机，已知通信建立时间为2两，处理机间数据传输带宽为多少？

【答案】（1）时钟周期=

次总线传输。

cache读操作缺失延迟=总线仲裁时间+主存读操作时间+总线传输时间

（2）总线带宽

远程操作的总延迟时间=通信建立时间+处理机间数据传输时间

（3）有效数据传输带宽

一次总线传输的字节数=64/8=8，一个cache

行需

那么远程操作的有效数据传输带宽是

四、综合应用题

9． 一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。设R为变址寄存器，R1为基址寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入 适当的寻址方式名称。

【答案】①直接寻址②相对寻址③变址寻址 ④基址寻址⑤间接寻址⑥先基址后间接寻址

10．一个长度为

的升序序列S,处在第

个位置的数为S的中位数。例如，若序列Sl=

（11,13，15,17,19），则S1的中位数是15。两个序列的中位数是含它们所有元素的升序序列的中位数。例如，若S2=（2,4,6,8,20），则S1和S2的中位数是11。现有两个等长升序序列A和B，试设计一个时间和空间两方面都尽可能高效的算法，找出两个序列A和B的中位数。要求：

（1）给出算法的基本设计思想。

（2）根据设计思想，采用C或C++或JAVA语言描述算法，关键之处给出注释。 （3）说明你所设计算法的时间复杂度和空间复杂度。

【答案】（1）算法的基本设计思想：分别求两个升序序列A和B的中位数，设为a和b。 ①若a=b，则a或b即为所求的中位数。 ②否则，若

中位数只能出现（a，b）范围内，舍弃a所在序列A的较小一半，同时舍弃

中位数只能出现（b，a）范围内，舍弃1）所在序列B的较小

b所在序列B的较大一半。若

一半，同时舍弃a所在序列A的较大一半。

③在保留的两个升序序列中求出新的中位数a和b，重复上述过程，直到两个序列中只含一个元素时为止，则较小者即为所求的中位数。

（2）用C语言算法描述如下：

}

（3）说明算法的复杂性：算法的时间复杂度、空间复杂度分别是

11．某页式存储管理，页大小为

逻辑地址空间包含16页，物理地址空间共有8页。逻辑地

所以逻辑地址空间为

逻辑地址应用

址应有多 少位？主存物理空间有多大？

【答案】逻辑地址空间包含16页，

页大小为

4+11=15位，物理空间共有8页，页大小为

所以主存物理空间