2019江苏大学850计算机原理考试大纲.pdf
1目 录I 考 查 目 标 .2II 考 试 形 式 和 试 卷 结 构 .2III 考 查 内 容 .2IV. 题 型 示 例 及 参 考 答 案 .52全 国 硕 士 研 究 生 入 学 统 一 考 试计 算 机 组 成 原 理 与 数 据 结 构 考 试 大 纲I 考 查 目 标 计 算 机 组 成 原 理 是 我 校 为 全 国 硕 士 研 究 生 入 学 统 一 考 试 设 置 的 具 有 选 拔 性 质 的 考 试科 目 。 其 目 的 是 科 学 、 公 平 、 有 效 地 测 试 考 生 是 否 具 备 攻 读 相 关 硕 士 专 业 所 必 须 的 基 本 素 质 、一 般 能 力 和 培 养 潜 能 , 以 利 于 选 拔 具 有 发 展 潜 力 的 优 秀 人 才 入 学 , 为 国 家 培 养 具 有 较 强 分 析与 解 决 实 际 问 题 能 力 的 高 层 次 、 应 用 型 、 复 合 型 的 人 才 。 要 求 考 生 比 较 系 统 地 掌 握 数 据 结 构和 计 算 机 组 成 原 理 这 两 门 专 业 基 础 课 程 的 基 本 概 念 、 基 本 原 理 和 基 本 方 法 , 能 够 运 用 所 学 的基 本 原 理 和 基 本 方 法 分 析 、 判 断 和 解 决 有 关 理 论 问 题 和 实 际 问 题 。II 考 试 形 式 和 试 卷 结 构一 、 试 卷 满 分 及 考 试 时 间试 卷 满 分 为 150 分 , 考 试 时 间 180 分 钟 。二 、 答 题 方 式答 题 方 式 为 闭 卷 、 笔 试 。三 、 试 卷 题 型 结 构单 项 选 择 题 20 分 (每 小 题 2 分 ,共 10 题 )简 答 题 30 分 (每 小 题 5 分 ,共 6 题 )综 合 应 用 题 100 分 (题 数 不 固 定 )III 考 查 内 容 考 查 目 标 :1.理 解 单 处 理 器 计 算 机 系 统 中 各 部 件 的 内 部 工 作 原 理 、 组 成 结 构 以 及 相 互 连 接 方 式 , 具 有 完整 的 计 算 机 系 统 的 整 机 概 念 。2.理 解 计 算 机 系 统 层 次 化 结 构 概 念 , 熟 悉 硬 件 与 软 件 之 间 的 界 面 , 掌 握 指 令 集 体 系 结 构 的 基本 知 识 和 基 本 实 现 方 法 。3.能 够 运 用 计 算 机 组 成 的 基 本 原 理 和 基 本 方 法 , 对 有 关 计 算 机 硬 件 系 统 中 的 理 论 和 实 际 问 题进 行 计 算 、 分 析 , 并 能 对 一 些 基 本 部 件 进 行 简 单 设 计 。 考 查 内 容 :一 、 计 算 机 系 统 概 述(一 )计 算 机 发 展 历 程(二 )计 算 机 系 统 层 次 结 构1.计 算 机 硬 件 的 基 本 组 成2.计 算 机 软 件 的 分 类3.计 算 机 的 工 作 过 程(三 )计 算 机 性 能 指 标CPU 时 钟 周 期 、 主 频 、 CPI; MIPS、 MFLOPS; 指 令 执 行 时 间 。二 、 数 据 的 表 示 和 运 算(一 )数 制 与 编 码1.进 位 计 数 制 及 其 相 互 转 换32.真 值 和 机 器 数3.BCD 码4.字 符 与 字 符 串5.校 验 码(二 )定 点 数 的 表 示 和 运 算1.定 点 数 的 表 示无 符 号 数 的 表 示 ; 有 符 号 数 的 表 示 。2.定 点 数 的 运 算定 点 数 的 移 位 运 算 ; 定 点 数 的 加 /减 运 算 ; 定 点 数 的 乘 /除 运 算 ; 溢 出 概 念 和 判 别 方 法 。(三 )浮 点 数 的 表 示 和 运 算1.浮 点 数 的 表 示浮 点 数 的 表 示 , 浮 点 数 的 规 格 化 , IEEE-754 标 准2.浮 点 数 的 加 /减 运 算(四 )算 术 逻 辑 单 元 ALU1.并 行 加 法 器2.算 术 逻 辑 单 元 ALU 的 组 成 和 结 构三 、 存 储 器 层 次 结 构(一 )存 储 器 的 分 类(二 )存 储 器 的 层 次 化 结 构(三 )半 导 体 随 机 存 取 存 储 器1.SRAM 存 储 器 的 工 作 原 理2.DRAM 存 储 器 的 工 作 原 理3.只 读 存 储 器(四 )主 存 储 器 与 CPU 的 连 接(五 )双 口 RAM 和 多 模 块 存 储 器(六 )高 速 缓 冲 存 储 器 (Cache)1.Cache 的 基 本 工 作 原 理2.Cache 和 主 存 之 间 的 映 射 方 式3.Cache 中 主 存 块 的 替 换 算 法4.Cache 写 策 略(七 )虚 拟 存 储 器1.虚 拟 存 储 器 的 基 本 概 念2.页 式 虚 拟 存 储 器3.段 式 虚 拟 存 储 器4.段 页 式 虚 拟 存 储 器5.快 表四 、 指 令 系 统(一 )指 令 格 式1.指 令 的 基 本 格 式2.定 长 操 作 码 指 令 格 式3.扩 展 操 作 码 指 令 格 式(二 )指 令 的 寻 址 方 式1.有 效 地 址 的 概 念2.常 见 寻 址 方 式4(三 )CISC 和 RISC 的 基 本 概 念五 、 中 央 处 理 器 (CPU)(一 )CPU 的 功 能 和 基 本 结 构(二 )指 令 执 行 过 程(三 )数 据 通 路 的 功 能 和 基 本 结 构(四 )控 制 器 的 功 能 和 工 作 原 理1.硬 布 线 控 制 器2.微 程 序 控 制 器微 程 序 、 微 指 令 和 微 命 令 ; 微 指 令 的 编 码 方 式 ; 微 地 址 的 形 成 方 式 。(五 )指 令 流 水 线1.指 令 流 水 线 的 基 本 概 念2.指 令 流 水 线 的 相 关 与 冲 突六 、 总 线(一 )总 线 概 述1.总 线 的 基 本 概 念2.总 线 的 分 类3.总 线 的 组 成 及 性 能 指 标(二 )总 线 仲 裁1.集 中 仲 裁 方 式2.分 布 仲 裁 方 式(三 )总 线 操 作 和 定 时1.同 步 定 时 方 式2.异 步 定 时 方 式(四 )总 线 标 准七 、 输 入 输 出 (I/O)系 统(一 )I/O 系 统 基 本 概 念(二 )外 部 设 备1.输 入 设 备 : 键 盘 、 鼠 标2.输 出 设 备 : 显 示 器 、 打 印 机3.外 存 储 器 : 硬 盘 存 储 器 、 磁 盘 阵 列 、 光 盘 存 储 器(三 )I/O 接 口 (I/O 控 制 器 )1.I/O 接 口 的 功 能 和 基 本 结 构2.I/O 端 口 及 其 编 址3.I/O 地 址 空 间 及 其 编 码(四 )I/O 方 式1.程 序 查 询 方 式2.程 序 中 断 方 式中 断 的 基 本 概 念 ; 中 断 响 应 过 程 ; 中 断 处 理 过 程 ; 多 重 中 断 和 中 断 屏 蔽 的 概 念 。3.DMA 方 式DMA 控 制 器 的 组 成 ; DMA 传 送 过 程 。4.通 道 方 式5IV. 题 型 示 例 及 参 考 答 案一 、 单 项 选 择 题 ( 每 小 题 2 分 ,共 20 分 )1. 下 列 选 项 中 , 描 述 浮 点 数 操 作 速 度 指 标 的 是A MIPS B CPI C IPC D MFLOPS2. 设 浮 点 数 的 阶 码 和 尾 数 均 采 用 补 码 表 示 , 且 位 数 分 别 为 5 位 和 7 位 ( 均 含 2 位 符 号 位 ) 。若 有 两 个 数 X=27 29/32, Y=25 5/8, 则 用 浮 点 加 法 计 算 X+Y 的 最 终 结 果 是A 001111100010 B.001110100010C 010000010001 D.发 生 溢 出3. 假 定 用 若 干 个 2K 4 位 芯 片 组 成 一 个 8K 8 为 存 储 器 , 则 0B1FH 所 在 芯 片 的 最 小 地址 是 A.0000H B.0600H C.0700H D.0800H4. 下 列 有 关 RAM 和 ROM 的 叙 述 中 正 确 的 是 .RAM 是 易 失 性 存 储 器 , ROM 是 非 易 失 性 存 储 器 .RAM 和 ROM 都 是 采 用 随 机 存 取 方 式 进 行 信 息 访 问 .RAM 和 ROM 都 可 用 做 Cache .RAM 和 ROM 都 需 要 进 行 刷 新A. 仅 和 B. 仅 和 C. 仅 、 、 D. 仅 、 、 5. 某 计 算 机 存 储 器 按 字 节 编 址 , 主 存 地 址 空 间 大 小 为 64MB, 现 用 4M 8 位 的 RAM 芯 片组 成 32MB 的 主 存 储 器 , 则 存 储 器 地 址 寄 存 器 MAR 的 位 数 至 少 是A 22 位 B 23 位 C 25 位 D 26 位6. 偏 移 寻 址 通 过 将 某 个 寄 存 器 内 容 与 一 个 形 式 地 址 相 加 而 生 成 有 效 地 址 。 下 列 寻 址 方 式 中 ,不 属 于 偏 移 寻 址 方 式 的 是A 间 接 寻 址 B 基 址 寻 址 C 相 对 寻 址 D 变 址 寻 址7. 冯 诺 依 曼 计 算 机 中 指 令 和 数 据 均 以 二 进 制 形 式 存 放 在 存 储 器 中 , CPU 区 分 它 们 的 依 据 是A 指 令 操 作 码 的 译 码 结 果B 指 令 和 数 据 的 寻 址 方 式C 指 令 周 期 的 不 同 阶 段D 指 令 和 数 据 所 在 的 存 储 单 元8. 单 级 中 断 系 统 中 , 中 断 服 务 程 序 执 行 顺 序 是I、 保 护 现 场II、 开 中 断III、 关 中 断IV、 保 存 断 点V、 中 断 事 件 处 理VI、 恢 复 现 场VII、 中 断 返 回A: I、 V、 VI、 II、 VII B: III、 I、 V、 VIIC: III、 IV、 V、 VI、 VII D: IV、 I、 V、 VI、 VII9. 在 系 统 总 线 的 数 据 线 上 , 不 可 能 传 输 的 是A 指 令B 操 作 数C 握 手 ( 应 答 ) 信 号6D 中 断 类 型 号10. 某 计 算 机 处 理 器 主 频 为 50MHz, 采 用 定 时 查 询 方 式 控 制 设 备 A 的 I/O, 查 询 程 序 运 行 一次 所 用 的 时 钟 周 期 数 至 少 为 500。 在 设 备 A 工 作 期 间 , 为 保 证 数 据 不 丢 失 , 每 秒 需 对 其 查 询至 少 200 次 , 则 CPU 用 于 设 备 A 的 I/O 的 时 间 占 整 个 CPU 时 间 的 百 分 比 至 少 是A.0.50% B.0.20% C.0.05% D.0.02%二 、 简 答 题 : ( 5 分 *6=30 分 )1. 冯 .诺 依 曼 体 系 计 算 机 有 哪 三 个 特 点 ?2. 什 么 是 寻 址 方 式 ? 请 写 出 的 4 种 寻 址 方 式 , 并 说 明 如 何 得 到 操 作 数 ?3. 半 导 体 存 储 器 的 存 取 时 间 tA和 存 储 周 期 tm的 概 念 是 什 么 ? 为 什 么 tA(R1), 即 将 R0 中 的 数 据 与 R1的 内 容 所 指 主 存 单 元 的 数 据 相 加 , 并 将 结 果 送 入 R1 的 内 容 所 指 主 存 单 元 中 保 存 。8下 表 给 出 了 上 述 指 令 取 指 令 和 译 码 阶 段 每 个 节 拍 ( 时 钟 周 期 ) 的 功 能 和 有 效 控 制 信 号 , 请按 表 中 描 述 方 式 用 表 格 列 出 指 令 执 行 阶 段 每 个 节 拍 的 功 能 和 有 效 控 制 信 号 。时 钟 功 能 有 效 控 制 信 号C1 MAR(PC) PCout,MARinC2 MDRM(MAR)PC(PC)+1 MemR,MDRinEPC+1C3 IR(MDR) MDRout,IRinC4 指 令 译 码 无七 、 ( 15 分 ) 某 16 位 计 算 机 中 , 带 符 号 整 数 用 补 码 表 示 , 数 据 Cache 和 指 令 Cache 分 离 。下 表 给 出 了 指 令 系 统 中 部 分 指 令 , 其 中 Rs 和 Rd 表 示 寄 存 器 , mem 表 示 存 储 单 元 地 址 , (x)表 示 寄 存 器 x 或 存 储 单 元 x 的 内 容 。名 称 指 令 的 汇 编 格 式 指 令 功 能加 法 指 令 ADD Rs,Rd (Rs)+(Rd) Rd算 术 /逻 辑 左 移 SHL Rd 2*(Rd) Rd算 术 右 移 SHR Rd (Rd)/2 Rd取 数 指 令 LOAD Rd,mem (mem) Rd存 数 指 令 STORE Rs,mem (Rs) mem该 计 算 机 采 用 5 段 流 水 方 式 执 行 指 令 , 各 流 水 段 分 别 是 取 指 (IF)、 译 码 /读 寄 存 器 (ID)、 执 行/计 算 有 效 地 址 (EX)、 访 问 存 储 器 (M)和 结 果 写 回 寄 存 器 (WB), 没 有 采 用 旁 路 技 术 处 理 数 据相 关 , 并 且 同 一 个 寄 存 器 的 读 和 写 操 作 不 能 在 同 一 个 时 钟 周 期 内 进 行 。 请 回 答 下 列 问 题 。9(1 ) 若 高 级 语 言 程 序 中 某 赋 值 语 句 为 x = a+b, x、 a 和 b 均 为 int 型 变 量 , 它 们 的 存 储 单 元 地址 分 别 为 x、 a和 b。 该 语 句 对 应 的 指 令 序 列 及 其 在 指 令 流 水 线 中 的 执 行 过 程 示 意 图如 下 所 示 。 I1 LOAD R1 ,aI2 LOAD R2 ,bI3 ADD R1 ,R2I4 STORE R2 ,x时 间 单 元指 令 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4I1 IF ID EX M WBI2 IF ID EX M WBI3 IF ID EX M WBI4 IF ID EX M WB则 这 4 条 指 令 执 行 过 程 中 , I3 的 ID 段 被 阻 塞 的 原 因 各 是 什 么 ?(2 ) 若 高 级 语 言 程 序 中 某 赋 值 语 句 为 x = 2 *x+a, x 和 a 均 为 unsigned int 类 型 变 量 , 他 们 的 存储 器 单 元 地 址 分 别 表 示 为 x、 a, 则 执 行 这 条 语 句 至 少 需 要 多 少 个 时 钟 周 期 ? 要 求 模 仿题 (1 )画 出 这 条 语 句 对 应 的 指 令 序 列 及 其 在 流 水 线 中 的 执 行 过 程 示 意 图 。八 、 ( 15 分 ) 某 计 算 机 系 统 共 有 五 级 中 断 , 其 中 断 响 应 优 先 级 从 高 到 低 为 1, 2, 3, 4, 5。但 系 统 的 中 断 处 理 部 分 作 出 如 下 规 定 : 处 理 1 级 中 断 时 屏 蔽 其 他 级 中 断 ; 处 理 2 级 中 断 时 屏蔽 4, 5 级 中 断 ; 处 理 3 级 中 断 时 屏 蔽 2, 4, 5 级 中 断 ; 处 理 4 级 中 断 时 不 屏 蔽 其 他 中 断 ,处 理 5 级 中 断 时 屏 蔽 4 级 中 断 。(1) 试 问 中 断 处 理 优 先 级 ( 从 高 到 低 ) 是 什 么 ? 并 用 表 格 写 出 在 各 中 断 处 理 程 序 中 设 置 的 中断 屏 蔽 字 ( 1 表 示 屏 蔽 , 0 表 示 允 许 ) 。(2) 假 定 在 运 行 用 户 程 序 时 同 时 出 现 1 级 、 2 级 和 3 级 中 断 请 求 , 在 处 理 2 级 中 断 时 , 又 出现 了 4 级 中 断 请 求 。 在 处 理 4 级 中 断 时 又 出 现 了 5 级 中 断 请 求 。 试 问 以 上 各 个 中 断 处 理 完 成的 顺 序 ( 可 以 文 字 叙 述 也 可 以 画 图 表 示 ) 。参 考 答 案一 、 单 项 选 择 题1.D; 2.D; 3.D; 4.A; 5.D; 6.A; 7.C; 8.A; 9.C; 10.B;二 、 简 答 题 : ( 5 分 *10=50 分 )1. 答 : 采 用 二 进 制 , 存 储 程 序 控 制 , 由 存 储 器 、 运 算 器 、 控 制 器 、 输 入 设 备 、 输 出设 备 这 五 个 部 分 构 成 。2. 答 : 根 据 指 令 中 的 形 式 地 址 找 到 操 作 数 有 效 地 址 的 方 式 , 称 为 寻 址 方 式 。10寄 存 器 寻 址 , 指 令 中 存 放 的 是 寄 存 器 的 地 址 , 寄 存 器 中 为 操 作 数 。寄 存 器 间 接 寻 址 , 指 令 中 存 放 的 是 寄 存 器 的 地 址 , 寄 存 器 中 为 内 存 有 效 地 址 , 该 地 址中 的 数 据 为 操 作 数 。直 接 寻 址 , 指 令 中 存 放 的 是 内 存 的 有 效 地 址 , 该 地 址 中 的 数 据 为 操 作 数 。间 接 寻 址 , 指 令 中 存 放 的 是 有 效 地 址 的 地 址 , 该 地 址 中 的 数 据 为 操 作 数 的 有 效 地 址 ,该 地 址 中 的 数 据 为 操 作 数 。3. 答 : 存 取 时 间 tA: 从 存 储 器 读 取 一 次 信 息 ( 或 写 入 一 次 信 息 ) 所 需 要 的 时 间 ;存 储 周 期 tm: 存 储 器 进 行 一 次 完 整 的 读 写 操 作 所 需 的 全 部 时 间 。tm tA , 因 为 在 读 或 写 操 作 之 后 , 总 会 有 一 段 内 部 状 态 的 恢 复 时 间 ( 破 坏 性 读 出 ) 或稳 定 时 间 ( 非 破 坏 性 读 出 ) 。4. 答 :三 级 存 储 体 系 由 高 速 缓 冲 存 储 器 Cache、 主 存 储 器 MM 及 外 存 储 器 组 成 。 Cache-MM 层次 以 硬 件 为 主 ; MM-VM 层 次 解 决 容 量 问 题 。5. 答 :串 行 链 式 , 通 过 相 同 的 总 线 请 求 线 产 生 请 求 , 应 答 信 号 串 行 的 经 过 每 个 部 件 , 硬 件 简 单 ,优 先 级 固 定 , 错 件 出 错 时 , 后 继 部 件 无 法 获 取 总 线 使 用 权 。计 数 查 询 。 优 先 级 可 灵 活 调 整 , 速 度 慢 , 总 线 上 的 部 件 总 数 受 计 数 器 位 数 的 限 制 。独 立 请 求 线 。 每 个 部 件 有 独 立 的 请 求 线 和 应 答 线 , 由 硬 件 直 接 决 定 优 先 级 , 速 度 快 , 优先 级 固 定 。6. 答 :进 入 中 断 周 期 INTC之 前 是 执 行 周 期 EXEC, 中 断 周 期 结 束 后 是 取 指 周 期 FIC, 进 入 DMA周 期 DMAC 之 前 可 以 是 任 何 一 个 CPU 周 期 。三 、 1) X 11 001111 1 100 Y 00 110011 1 1012)对 阶X: 11 100111 1 1013)00110011+)11100111=00011010规 格 化 结 果 :00 110100 1 10011001101+)11100111=10110100规 格 化 结 果 :11 011010 1 110