一、简要回答下列各题（每题5分，共计50分） 1、计算机可以按使用语言来划分层次，请问那个语 言层是实际机器？使用汇编语言、C语言编程和使 用操作系统命令操作是否是同一层次？ 答：机器语言层对应实际机器M1。使用汇编语言、C 语言编程和使用操作系统命令操作分别对应汇编语 言虚拟机M3、高级语言虚拟机M4和操作系统虚拟机 M2三个不同层次。2、请问MIPS和CPI分别代表什么含义？它们用来 描述计算机的什么指标？ 答：MIPS含义是Million Instruction Per Second，百万条指令每秒；CPI含义是Cycle Per Instruction，即执行一 条指令所需的时钟周期数。它们都是用来描述计算机的运算速度指标。3、请问8位补码BEH所代表的十进制真值是什么？答：-66 4、浮点数采用什么机器数形式时，可用全0表示 机器0？ 答：阶码用移码表示，尾数使用补码表示。 5、计算机内数据发生溢出的根本原因是什么？一 旦发生溢出，计算机如何处理？ 答：数据的位数有限 。一旦发生溢出，将不保存 结果，直接进入溢出中断处理。 6、CPU对ROM存储器和DRAM存储器的访问是否相同 ？读出的信息是否相同？ 答：不同。CPU对ROM存储器的访问是只读不写， 读出的信息是指令；而对DRAM存储器的访问是 既读又写，读出的信息可能是指令，也可能是 操作数据。7、某ALU内部具有与、或、非电路及并行加法器( 带进位入、出端)，还有计数器，三个寄存器A 、B、C，其中A和B具有联合右移功能。试问该 ALU可执行什么操作？为什么？ 答：与、或、非电路支持与、或、非逻辑操作； 并行加法器支持加操作，结合非电路及进位输 入可实现减法(加减数的机器负数)操作；通过 计数控制下的加法和右移功能，可实现乘法操 作。8、PC用来存放什么内容？其位数由什么决定？ 答：存放待取指令的存储器地址。其位数由地址总线 接口寄存器MAR宽度决定。 9、如果CPU内部没有状态标志，其指令集能否支持条 件转移和无条件转移指令？为什么？ 答：支持无条件转移指令，但不支持条件转移指令。 因为后者的条件就是状态标志。 10、如果指令可一次从存储器取出，该指令集属于 CISC还是RISC？为什么？ 答：能够一次从存储器取出的指令，其指令长度一定 是固定的，所以属于RISC指令集。二、(本题15分)设CPU共有16根地址线和8根数据线， 并用MREQ作为访存控制信号，WR作为读/写命令信 号(高为读，低为写)。设计一个容量为32KB、地址 范围为0000H7FFFH的主存储器。详细画出CPU与 存储芯片级译码器之间的连接图。可选芯片如下：三、(本题20分)基于图6.8所示CPU，设计完成两 个操作数相加，其中一个操作数在存储器中， 另一个操作数在rs指向的寄存器中，结果存放 rs中。但开始这个存储单元及寄存器中都没有 确定的数据，需要初始化数据，存储单元的地 址也需要初始化设置。请设计出完成上述功能 的全部指令，按实现顺序列出(8分)。并以微操 作形式说明其在数据路径上的控制操作过程(12 分)。注意，取指过程只写一次。答： (1)指令序列(8分) ：mov rs ,imm ;rsimm(送数据)mov rs1,imm ;rs1imm(送地址)store rs1,imm ; M(rs1)imm (送数据)add rs,rs1 ;rs(rs)+M(rs1) (2)控制操作过程(12分)： 取指：(2分) IRMPC：PCAB(1),ADS(21),M/IO1(22),W/R0(23),DBIR(5),PC+1(3)mov rs ,imm执行过程： (2分) rsimm：immALU(4),+(13),rsGR(9),ALUGR(17) mov rs1 ,imm执行过程：(1分) rs1imm：immALU(4),+(13),rs1GR(8),ALUGR(17) store rs1,imm执行过程：(4分) AR(rs1): rs1GR(8),rs1ALU(10),+(13),ALUAR(19) DRimm: ARAB(20),ADS(21), immALU(4),+(13), ALUDR(18) M(AR)DR: DRDB(7), M/IO=1(22),W/R=1(23)add rs,rs1执行过程：(3分) AR(rs1): rs1GR(8),rs1ALU(10),+(13),ALUAR(19) DRM(AR): ARAB(20),ADS(21), M/IO=1(22),W/R=0(23),DBDR(6) rs(rs)+(DR):rsGR(9), rsALU(11),DRALU(12),+(13),ALUGR(17)四、(本题15分)如果一条指令的执行过程分为取指令 、译码、执行三个子过程，且这三个子过程的延迟 时间都是0.2ns。 分别画出指令顺序执行方式和流水执行方式的时空 图。 若连续执行n=5000条指令，求两种方式所用的时间 。 (3)求两种执行方式下平均指令的执行速度。答：指令顺序执行方式和流水执行方式的时空图：指令顺序执行方式 取指n译码n执行n取指n+1译码n+1执行n+1取指n+2译码n+2执行n+2指令流水执行方式取指n译码n执行n取指n+1译码n+1执行n+1取指n+2译码n+2执行n+2(2)顺序执行方式： T顺=3tn=30.25000=3000(ns)流水执行方式：T流=3t+(n-1)t=(n+2)t=50020.2=1000.4(ns) (3)顺序执行方式指令的执行速度：S顺=1000/30000.33(MIPS)流水执行方式指令的执行速度：S流=1000/1000.41(MIPS)