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计算机组织结构2004-2005学年第一学期期末考试(B卷)


中南财经政法大学 2004~2005 学年第一学期期末考试试卷 《计算机组成原理》(课程代号:09060050) B 卷(闭卷)
题号 得分 得分 一 二 三 四 五 六 七 总分

评卷人

一、回答下列问题(30 分,每小题 6 分) : 1:已知 x=+0.1001,y=-0.1011,用补码一位乘法计算 x×y=?并写出计算过程。 2:简要说明控制器的组成和各部件的功能。 3:说明浮点加减运算的运算过程。 4:输入输出指令有哪些功能。 5:解释下列概念。 ①单独编址、② 异步通讯、③ 中断源、④ CPU 周期 解:1: [X]补=0.1001 [-X]补=1.0111 [Y]补=1.0101 (1 分) 00.0000 1.01010 + 11.0111 加[-X]补 11.0111 → 11.1011 1 1.0101 右移一位 + 00.1001 加[X]补 00.0100 → 00.0010 01 1.010 右移一位 + 11.0111 加[-X]补 11.1001 → 11.1100 101 1.01 右移一位 + 00.1001 加[X]补 00.0101 → 00.0010 1101 1.0 右移一位 + 11.0111 加[-X]补, 11.1001 1101 最后一步不移位 [X.Y]补=11.10011101 (4 分) X.Y =-0.01100011 (1 分) 2: 答:控制器的主要功能部件有程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器 ID、 时序部件、微操作控制器和中断结构。 (2 分) 程序计数器(PC)它又叫指令计数器,存放当前要执行指令的地址;指令寄存器(IR) 保存当前正在执行的指令;指令译码器(ID)对当前存放在指令寄存器 IR 中的操作码部分 进行译码,判断指令的功能;时序部件主要产生计算机中的时序信号;微操作控制器的功能 就是根据指令操作码和时序信号,产生各种操作控制信号,以便正确地建立数据通路,从而 完成取指令和执行指令的控制;中断机构主要完成中断所需要进行的操作。 (4 分)



3:答:两浮点数进行加减,若两数阶码不等,表示小数点位置没有对齐,此时必须使两数 的阶码相等,这个阶段称为对阶。对阶完后才能做两尾数的加减。运算结果可能不是规格化 的数,为了保证运算精度,需要对运算结果进行规格化(尾数最高位上是有效数字) 。而在 对阶和规格化的过程中可能有数码丢掉,为了减小误差,还需要进行舍入。 (4 分) 完成浮点加法和减法运算,需要进行对阶、求和(差) 、规格化和舍入等步骤。 (2 分) 4:答:当用程序实现输入/输出传送时,I/O 指令一般具有如下功能。 (1)置“1”或“0”设备接口的某些控制触发器。用于控制设备进行某些动作,如启动、 关闭设备、令磁带转动等。 (2 分) (2)测试设备的某些状态,如“忙”、“就绪”、“错误”等,以便决定下一步的操作。 (2 分) (3)传送数据。当输入数据时,将 I/O 设备中数据寄存器的内容送到 CPU 某一寄存器, 当输出数据时,将 CPU 中某一寄存器的内容送到 I/O 设备的数据寄存器。 (2 分) 5: ①单独编址: 给 I/O 设备开辟了一个独立的地址空间, 给 I/O 设备分配专用的 I/O 端 口地址,把 I/O 操作与存储器读写截然分开。 (1.5 分) ② 异步通讯:异步通讯允许总线上的各部件有各自的时钟,在部件之间进行通讯时没有 公共的时间标准, 而是靠发送信息时同时发出本设备的时间标志信号, 或用应答方式来进行。 (1.5 分) ③ 中断源:引起中断的事件及发生中断请求的来源称为中断源。 (1.5 分) ④ CPU 周期:CPU 周期也称为机器周期。通常用内存中读取一个指令字的最短时间 来规定 CPU 周期。

得分

评卷人

二、设 CPU 结构如右图所示,其中有一个 累加寄存器 AC、一个状态条件寄存器 和其他四个寄存器,各部分之间的连 线表示数据通路,箭头表示信息传送 方向。(10 分) 1:说明图中四个寄存器 a、b、c、d 的名称(4 分); 2: 简述指令从主存取到控制器的数据 通路(2 分); 3: 简述数据在运算器和主存之间进行 存/取访问的数据通路(4 分)。 二、 答: 1: a 为数据缓冲寄存器 (DR) 、 b 为指令寄存器(IR) c 为地址寄存器(AR) 、 d 为程序计数器(PC) 2:M→DR→IR→操作控制器 3:取数据:主存 M→DR→ALU→AC 存数据:AC→DR→主存 M

(4 分) (2 分) (2 分) (2 分)



得分

评卷人

三、设浮点数的基值为 2(即阶码的底为 2) ,其中阶符 1 位,阶码 5 位,数符 1 位,尾数 12 位,阶码和尾数均用补码表示,且尾数已采用规格化表示。 (8 分,每小题 2 分) 1:最大正数真值(用十进制表示)是多少? 2:非零最小正数真值(用十进制表示)是多少? 3:绝对值最大的负数真值(用十进制表示)是多少? 4:绝对值最小的负数真值(用十进制表示)是多少? 三、解:1:最大整数= 2 2 2:非零最小正数= 2
5

?1
5

? (1 ? 2 ?12 )
? 2 ?1
5

(2 分) (2 分)

?2

3:绝对值最大的负数= ? 2 2

?1

? (1 ? 2 ?12 )
?2
5

(2 分) (2 分)

4:绝对值最小的负数真值= ? 2

? 2 ?1

得分

评卷人

四、假定有两种静态 RAM 芯片:1K×4 位 4 片;4K×1 位 4 片,试用这些芯片构成 4KB 存储 器。 (15 分) 1:说明如何用上述芯片组成该计算机的主存储器(7 分) ; 2:画出主存储器与 CPU 连接的示意图(8 分) 。

四、解:1:首先用四片 4K×1 位组成存贮器的高 4 位(采用位并联法) ,用 4 片 1K×4 位片子组成存贮器的低四位(采用地址串联法) ,其中后者是用一片 2:4 译码器。 (7 分) 2:存贮器组成结构图为: (8 分)



得分

评卷人

五、DMA 控制器主要有哪些部件组成?在数据交换过程中它应完成哪些功能?画出 DMA 数据传输过程的流程图。 (10 分) 答: DMA 控制器由以下逻辑部件组成: (1)内存地址计数器:用于存放内存中要交换的数据的地址。 (1 分) (2)字计数器:用于记录传送数据块的长度(多少字数)。 (1 分) (3)数据缓冲寄存器:用于暂存每次传送的数据(一个字)。 (1 分) (4)“DMA 请求”标志:每当设备准备好一个数据字后给出一个控制信号,使“DMA 请 求”标志置“1”。 (1 分) (5)“控制/状态”逻辑:由控制和时序电路,以及状态标志等组成,用于修改内存地 址计数器和字计数器,指定传送类型(输入或输出),并对“DMA 请求”信号和 CPU 响应信 号进行协调和同步。 (1 分) (6)中断机构:当字计数器溢出时(全 0) ,意味着一组数据交换完毕,由溢出信号触 发中断机构,向 CPU 提出中断报告。 (1 分) DMA 的数据块传送过程可分为三个阶段:传送前预处理;数据正式传送;传送后处理。 其数据传送流程图为: (4 分)

得分

评卷人

六、化简下列逻辑表达式(12 分,每小题 6 分)

1:用公式化简: AB(C ? D) ? D ? D( A ? B)(B ? C)
解 1:原式= ABC ? ABD ? D ? ( A ? B)(B ? C) = ABC ? D ? AB ? AC ? BC = ABC ? D ? ABC ? BC = A ? BC ? D (1 分) (1 分) (2 分) (2 分)

2:用卡诺图化简: F ( A, B, C, D) ? ?(0,1,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15)
解 2: (1)画出卡诺图 (3 分)



(2)合并项,得到:

(3 分)

F ( A, B, C, D) ? BD ? A ?C

得分

评卷人

七、有一个八位二进制代码 a0a1…a7,与一个固定的二进制常数 00001111 相加后,得到一个 新的二进制数 A0A1…An,设加常数后最高位产生的进位为 C0(15 分,每小题 5 分) 。 1:写出 C0=F(a0,a1,…,a7)的逻辑表达式; 2:分析 C0=1 的条件; 3:写出 A0,A1,…,A7 各位的逻辑表达式。 解:设 a 数为 a0a1a2a3a4a5a6a7,b 数为 b0b1b2b3b4b5b6b7,其中 b4b5b6b7=1111。根据题意有: a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 + A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 低四位的求和与进位的表达式如下: Ai=ai⊕bi⊕Ci+1 (c8=0) Ci=aibi+biCi+1+Ci+1ai (bi=1) =ai+Ci+1+aiCi+1=ai+Ci+1 (i=4,5,6,7) 高四位的求和与进位的表达式如下: Ai=ai⊕bi⊕Ci+1= ai⊕Ci+1 (bi=0) Ci=aibi+biCi+1+Ci+1ai=aiCi+1 (i=0,1,2,3) 由此可得: 1: C7=a7 C3=a3C4 C6=a6+C7 C2=a2C3 C5=a5+C6 C1=a1C2 C4=a4+C5 C0=a0C1 经过代换,得到: C0= a0a1a2a3(a4+a5+a6+a7) =f(a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7) (5 分) 2:当变量 a0,a1,a2,a3 同时为 1,且变量 a4,a5,a6,a7 中任一为 1 时,C0=1 (5 分) 3:A7=a7⊕1 A3=a3⊕C4 A6=a6⊕1⊕C7 A2=a2⊕C3 A5=a5⊕1⊕C6 A1=a1⊕C2 A4=a4⊕1⊕C5 A0=a0⊕C1 (5 分)




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