2018年复旦大学软件学院408计算机学科专业基础综合之计算机组成原理考研仿真模拟五套题
● 摘要
一、简答题
1． 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。
2． 为什么软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件? 实现这种转化的媒介是什么？
【答案】软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件原因如下：
（1）容量大、价格低、体积小、可改写的只读存储器提供了软件固化的良好物质基础。现在已经可以把许多复杂的、常用的程序制作成固件。就它的功能来说，固件是软件，但从形态来说，固件又是硬件。
（2）目前在一片硅单晶芯片上制作复杂的逻辑电路已经是实际可行的，这又为扩大指令的功能提供了相应的物质基础。因此，本来通过软件手段来实现的某种功能，现在可以通过硬件来直接解释执行。传统的软件部分，今后完全有可能“固化”甚至“硬化”。
（3）任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。
实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
3． “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。
是7位，如果设计主存
4． 什么是指令? 什么是程序？
【答案】（1）每一个基本操作称为一条指令。
（1）解决某一问题的一串指令序列，称为程序。
5． 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
二、分析题
6． 某计算机系统的内存储器由cache 和主存构成，cache 的存取周期为45ns , 主存的存取周期为200ns 。已知在一段给定的时间内，CPU 共访问内存4500次，其中340次访问主存。问：
（1）cache 的命中率是多少？
（2）CPU 访问内存的平均时间是多少纳秒？
（3）cache-主存系统的效率是多少？
【答案】（1）cache 的命中率
（2）CPU 访存的平均时间
（3）cache-主存系统的效率
7． 浮点数四则运算的基本公式如下：
其中
.
算器的逻辑结构图。
【答案】浮点乘法和除法相对来说比较简单，因为尾数和阶码可以独立处理：浮点乘法只需对尾数作定点乘和阶码作定点加，而浮点除法只需对尾数作定点除和阶码作定点减即可。不论乘法和除法，需将结果规格化。
浮点加减法较复杂，原因在于尾数相加或减之前必须对阶。为此，将较小的阶码X 。
对应的尾数
（1）计算
（2）将
（3）计算
（4）将结果规格化。
图为浮点运算器的结构图。该运算器由两个相对独立的定点运算器组成。阶码部件只进行加、减操作，
实现对阶（求阶差）和阶码加减法操作
部件完成。寄存器尾数部分可进行加、减、乘、除运算，并与阶码部件协同完成对阶和规格化等功能。尾数的加、减由加法器完成，尾数乘除由高速乘除和积商寄存器本身具有移位功能，以便完成对阶和规格化等操作。
移右移位以得到一个新的尾数
.
这样就能与进行运算。因此浮点加减法需要四步运算： （定点减法）； 位以形成. （定点加法或减法）； 试画出浮点运
图
8． CPU 执行一段程序时，cache 完成存取的次数为3800次，主存完成存取的次数为200次，已知cache 存取周期为50ns , 主存为250ns ，求cache-主存系统的效率和平均访问时间。
【答案】cache 的命中率