计算机组成原理(考研408)练习题#4

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了计算机组成原理(考研408)练习题#4。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

用于复习408或计算机组成原理期末考试。如有错误请在评论区指出。

So let's start studying with questions!

それでは、問題の勉強を始めましょう!

1. 设某浮点数真值为 0.125,若该浮点数用 IEEE754 标准表示,则该浮点数对应的机器数是什么?(用十六进制表示,不写步骤不得分)

答案:根据IEEE 754标准,单精度浮点数(32位)由三部分组成:符号位(1位)、指数位(8位)和尾数位(23位)。

首先,我们将0.125转换为二进制的规范化科学计数法表示形式:
0.125 = 1.0 × 2^(-3)

根据规范化科学计数法的表示形式,符号位为0(表示正数),指数位为-3+127=124(偏移值为127),尾数位为00000000000000000000000(23个0,因为尾数是规范化的,首位默认为1)。

将符号位、指数位和尾数位组合起来,得到32位的机器数表示形式:
0 01111100 00000000000000000000000

将该32位二进制数转换为十六进制表示形式,得到结果:
0x3C000000

因此,浮点数0.125在IEEE 754标准下的机器数表示为0x3C000000。

2. 设有 8 位补码,请写出该 8 位补码的表示范围。

答案:在8位补码表示中,最高位为符号位,剩下的7位用于表示数值。对于8位补码,其表示范围如下:

最小值:10000000(-128的补码)对应于 -128
最大值:01111111(127的补码)对应于 +127

因此,8位补码的表示范围为-128到+127。

3. 利用 IEEE754 标准,计算浮点数 0.25+0.125 的计算过程。(不写步骤不得分)

答案:首先,将0.25和0.125转换为二进制的规范化科学计数法表示形式。

0.25 = 1.0 × 2^(-2)
0.125 = 1.0 × 2^(-3)

根据IEEE 754标准,规范化科学计数法的表示形式包括符号位、指数位和尾数位。

将两个浮点数分别转换为对应的32位二进制表示形式:
0.25:0 01111101 00000000000000000000000
0.125:0 01111100 00000000000000000000000

接下来,进行浮点数的加法计算。根据IEEE 754标准,需要对尾数进行对齐。

将0.125的尾数右移1位,得到0.0625的二进制表示形式:
0.0625 = 1.0 × 2^(-4)

对齐后的两个浮点数表示为:
0.25:0 01111101 00000000000000000000000
0.0625:0 01111100 10000000000000000000000

将尾数相加,得到结果:
0.25 + 0.125 = 0.3125 = 1.25 × 2^(-2)

将结果转换为IEEE 754标准下的表示形式:
0.3125 = 1.25 × 2^(-2)
符号位为0(表示正数)
指数位为-2+127=125
尾数位为01000000000000000000000(23个0)

将符号位、指数位和尾数位组合起来,得到32位的机器数表示形式:
0 01111101 01000000000000000000000

将该32位二进制数转换为十六进制表示形式,得到结果:
0x3E400000

因此,浮点数0.25+0.125在IEEE 754标准下的机器数表示为0x3E400000。

4. 什么是多重中断?实现多重中断的必要条件是什么?

答案:多重中断是指在一个计算机系统中同时发生多个中断请求的情况。中断是计算机系统中的一种机制,允许外部设备或其他事件中断正在执行的程序,以便处理紧急事件或执行特定任务。

实现多重中断的必要条件包括以下几点:
1. 中断控制器:计算机系统需要具备中断控制器的功能,用于管理和协调不同设备的中断请求。中断控制器负责接收、识别和分发中断请求,并确定中断优先级的顺序。

2. 中断优先级:对于同时发生的多个中断请求,系统需要确定中断的优先级顺序。通常,每个中断都会被分配一个优先级,优先级较高的中断将被首先响应和处理。

3. 中断处理程序:针对每个中断类型,系统需要编写相应的中断处理程序,以执行与中断相关的操作。中断处理程序负责保存当前执行的程序状态,处理中断事件,并在中断处理完成后返回原来的程序继续执行。

4. 中断向量表:中断向量表是一个存储中断处理程序地址的数据结构。当发生中断时,系统根据中断类型查找相应的中断向量表项,从而确定要执行的中断处理程序的地址。

综上所述,要实现多重中断,计算机系统需要具备中断控制器、中断优先级机制、中断处理程序和中断向量表等必要条件。

5. 简述 CPU 的基本功能

答案:CPU(中央处理器)是计算机系统中的核心部件,负责执行指令和进行数据处理。CPU的基本功能包括以下几个方面:

1. 取指令(Instruction Fetch):从内存中读取指令,确定下一条要执行的指令的地址。

2. 解码指令(Instruction Decode):对取到的指令进行解码,确定指令的操作类型和操作数。

3. 执行指令(Instruction Execution):根据解码的指令类型,执行相应的操作,如算术运算、逻辑运算、数据传输等。

4. 访存(Memory Access):如果指令需要读取或写入内存中的数据,CPU会与主存储器进行数据交换。

5. 写回(Write Back):将执行结果写回寄存器或内存,以保存计算结果或更新数据。

6. 控制(Control):CPU控制电路负责协调各个功能部件的工作,根据指令的执行顺序控制数据的流动。

CPU的基本功能是通过时钟信号进行同步操作的,每个时钟周期完成一个基本功能操作。CPU的性能通常通过时钟频率(每秒钟的时钟周期数)来衡量,时钟频率越高,CPU的处理速度越快。

6. 简述指令周期,机器周期和时钟周期。

答案:在计算机体系结构中,指令周期、机器周期和时钟周期是描述计算机指令执行过程中时间相关的概念。

1. 指令周期(Instruction Cycle):指令周期是执行一条指令所需的时间,包括取指令、解码指令、执行指令、访存和写回等步骤。一个完整的指令周期包括从一条指令的开始到下一条指令的开始。

2. 机器周期(Machine Cycle):机器周期是指令周期的一个子周期,用于描述执行一条指令所需的基本操作。机器周期可以进一步细分为若干个时钟周期,每个时钟周期完成一个基本操作。

3. 时钟周期(Clock Cycle):时钟周期是指计算机系统中基本时钟信号的周期,也是计算机的最小时间单位。时钟周期是计算机操作的基本时间单位,所有的指令和操作都以时钟周期为基础进行计时和同步。

在一个计算机系统中,指令周期由多个机器周期组成,而每个机器周期由多个时钟周期组成。时钟周期是计算机系统中各个部件进行工作的时间基准,各个部件按照时钟周期进行协调和同步。时钟频率(Clock Rate)是指时钟信号的频率,即每秒钟发生的时钟周期数,通常以

赫兹(Hz)为单位表示。时钟频率越高,计算机系统的处理速度越快。

7. 请比较间接寻址和寄存器间接寻址

答案:间接寻址和寄存器间接寻址都是指令中用来获取操作数的寻址方式,它们的区别在于操作数的来源不同。

- 间接寻址(Indirect Addressing):指令中的地址字段表示一个内存地址,该地址存储了操作数的真实地址。在执行指令时,需要先通过地址字段获取到内存中的真实地址,然后再从该地址中读取操作数。

- 寄存器间接寻址(Register Indirect Addressing):指令中的地址字段表示一个寄存器的编号或名称,该寄存器存储了操作数的真实地址。在执行指令时,直接使用寄存器中存储的地址作为操作数的地址,无需再从内存中获取。

简单来说,间接寻址需要通过地址字段访问内存获取操作数,而寄存器间接寻址则直接使用寄存器中存储的地址作为操作数的地址。间接寻址适用于操作数在内存中存储的情况,而寄存器间接寻址适用于操作数已经存储在寄存器中的情况。寄存器间接寻址通常会比间接寻址更快速,因为直接从寄存器中获取操作数不需要额外的内存访问。

8. 设某计算机采用指令流水,并假设流水线由 5 段组成,流水线周期为 T。请描述该指令流水线分别采用顺序执行和流水执行时执行 n 条指令所需要的时间(不考虑相关)。

答案:在顺序执行中,每条指令依次经过取指、译码、执行、访存和写回等阶段,完成后才能开始下一条指令的执行。因此,执行n条指令所需要的时间为n倍的流水线周期。

在流水执行中,指令被分成若干个阶段,每个阶段由不同的流水线段处理,不同的指令可以同时处于不同的阶段。假设流水线由5段组成(取指、译码、执行、访存、写回),则每个阶段的处理时间为T。在流水执行中,第一条指令经过5个阶段后完成,同时第二条指令进入执行阶段,以此类推。因此,执行n条指令所需要的时间为(n-1)倍的流水线周期。

可以看出,在流水执行中,指令的执行时间可以大大缩短,提高了指令的吞吐量。然而,流水线执行也面临相关(依赖)问题,可能需要额外的控制和调度机制来解决相关导致的问题。

9. 简述指令流水线中的三种相关

答案:在指令流水线中,存在三种相关,即结构相关(Structural Hazard)、数据相关(Data Hazard)和控制相关(Control Hazard)。

- 结构相关:指多个指令在同一时钟周期内需要访问同一硬件资源,导致资源冲突。这种相关通常由于硬件资源的冲突而产生,例如多条指令需要同时访问同一个寄存器或存储器。解决结构相关可以通过合理的硬件设计和资源分配来避免或减少资源冲突。

- 数据相关:指后续指令需要依赖前面指令的结果,导致数据冲突。数据相关分为数据读相关(Read After Read,RAR)、数据写相关(Read After Write,RAW)和数据写相关(Write After Write,WAW)。这种相关通常由指令之间的数据依赖关系引起,例如一个指令的结果被后续指令使用。解决数据相关可以通过插入适当的等待周期(如空转周期或气泡周期)、使用旁路(Bypass)技术或进行指令重排等方法来消除或减少数据冲突。

- 控制相关:指由于分支指令的存在,导致后续指令的执行路径发生改变。当分支指令的条件满足时,会改变程序的执行顺序,从而影响后续指令的执行。控制相关通常由分支指令(如条件分支、无条件分支)引起。解决控制相关可以通过静态预测、动态预测、延迟槽(Delay Slot)等技术来提高分支预测的准确性和流水线的效率。

10. 在微指令控制器中,微指令分为操作控制字段和顺序控制字段,简述操作控制字段的编码方法,并对这些方法进行比较。

答案:操作控制字段是微指令中的一部分,用于指示执行微指令所需的操作控制信号。操作控制字段的编码方法可以采用以下几种方式:

1. 位编码:操作控制字段的每个位都对应一个操作控制信号,可以直接通过位的取值来表示相应的操作控制信号。这种编码方法简单直观,但对于较长的操作控制字段会占用较多的位数。

2. 字段编码:将操作控制字段分成若干个字段,每个字段对应一个操作控制信号。字段可以是连续的位,也可以是

非连续的位。每个字段可以使用不同的编码方式,如二进制、十进制或十六进制等。这种编码方法可以提高编码的灵活性和可读性,减少位数的占用。

3. 字段组合编码:将操作控制字段划分为若干个字段组合,每个字段组合表示一种操作控制信号的组合情况。每个字段组合可以使用位编码或字段编码的方式表示。这种编码方法可以进一步减少位数的占用,但需要额外的逻辑电路来实现字段组合的解码。

以上三种编码方法各有优缺点。位编码简单直观,但对于较长的操作控制字段会占用较多的位数。字段编码提供了更好的灵活性和可读性,但可能需要更多的位数。字段组合编码可以进一步减少位数的占用,但需要额外的解码电路。选择合适的编码方法取决于具体的微指令控制器设计需求,需要综合考虑位数的占用、可读性和电路复杂度等因素。

 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-491353.html

到了这里,关于计算机组成原理(考研408)练习题#4的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 计算机组成原理笔记(王道考研)(持续更新)

    本文是对王道计算机考研《计算机组成原理》课程的总结,主讲咸鱼学长讲的确实清晰。 王道考研《计算机组成原理》 由于我们学校已经开设过汇编和计算机体系结构,所以计组的笔记内容会比较精炼,高屋建瓴,不适合无基础人听。 如果有不理解的,可以回去看看我前面

    2024年02月08日
    浏览(40)
  • 【计算机组成原理】24王道考研笔记——第四章 指令系统

    指令是指示计算机执行某种操作的命令,是计算机运行的最小功能单位。一台计算机的所有指令的集合构成该 机的指令系统,也称为指令集。 指令格式: 1.1分类 按地址码数目分类: 按指令长度分类: 按操作码长度分类: 按操作类型分类: 1.2 扩展操作码 设地址长度为n,

    2024年02月13日
    浏览(34)
  • 【计算机组成原理】24王道考研笔记——第三章 存储系统

    现代计算机的结构: 1.存储器的层次结构 2.存储器的分类 按层次: 按介质: 按存储方式: 按信息的可更改性: 按信息的可保存性: 3.存储器的性能指标 1.基本组成 半导体元件原理: 存储芯片原理:存储芯片由半导体元件组成而成 不同的寻址方式: 总结: 2.SRAM和DRAM 上一

    2024年02月13日
    浏览(30)
  • 【计算机组成原理】考研真题攻克与重点知识点剖析 - 第 1 篇:计算机系统概述

    本文基础知识部分来自于b站:分享笔记的好人儿的思维导图与王道考研课程,感谢大佬的开源精神,习题来自老师划的重点以及考研真题。 此前我尝试了完全使用Python或是结合大语言模型对考研真题进行数据清洗与可视化分析,本人技术有限,最终数据清洗结果不够理想,

    2024年02月07日
    浏览(50)
  • 计算机组成原理(期末或考研备考)-计算机性能指标(字长,主存容量,吞吐量,主频和时钟周期)

    1.吞吐量:系统在单位时间内处理请求的数量 2.主频,CPU时钟周期,CPU时钟周期数,MIPS: 一条指令包含了很多个时钟周期 **** CPU时钟周期:执行一个时钟周期所花费的时间 -- 。 主频:一秒钟执行多少时钟周期(震荡多少次)。 因此,CPU时钟周期=1/主频 举个例子来说明,假

    2024年02月11日
    浏览(34)
  • 计算机组成原理(期末或考研备考)- 主存储器,DRAM,SRAM,ROM

    SRAM VS DRAM DRAM采用栅极电容上的电荷存储信息,由于DRAM上的电容电荷一般只能维持1-2ms,即使电源不断电,信息也会自动消失。因此每隔一定时间必须刷新。 集中刷新,利用固定的时间对所有的行进行刷新,刷新期间内停止对存储器的读写操作(死区,死时间) 分散刷新,延

    2024年02月12日
    浏览(29)
  • 【计算机组成原理】24王道考研笔记——第二章 数据的表示和运算

    1.1 进制转换 任意进制-十进制: 二进制-八进制、十六进制: 各种进制的常见书写方式: 十进制-任意进制:(用拼凑法最快) 真值:符合人类习惯的数字(带±号的数) 机器数:正负号被“数字化” 1.2 定点数 常规计数:定点数;科学计数法:浮点数 无符号数: 有符号定

    2024年02月16日
    浏览(33)
  • 计算机组成原理(期末或考研备考)- 存储器(RAM和ROM重点讲解)

    主存储器:也称内存,存放正在运行程序和数据,CPU可以直接访问,容量存储较小,价格较贵。 辅助存储器:也称外存(绝大多数是磁盘),存放电脑的应用程序等,如果想要运行某一程序,往往需要先将其从外存调入内存,存储空间大,访问速度较慢,价格较低。 高速缓

    2024年02月11日
    浏览(34)
  • 计算机考研408的准备

    计算机的学硕叫做计算机科学与技术,而计算机的专硕叫计算机技术。这么区分的意义就在于我们的就业形势和科研形式。 由于本科的严重扩招以及课程设置的问题,相当大量的人在毕业的时候,既无相关的实践经验,又缺乏一定的工作技能,这就让大批量的人处于待业状态

    2024年01月15日
    浏览(36)
  • 计算机408考研笔记汇总

    文章目录: 一:相关博文 二:平台  三:有帮助的公众号、网站 四:我的笔记 五:推荐资源 考研专业课(408)书本资料选择复习规划_刘鑫磊up的博客-CSDN博客_考研408资料 王道和天勤的书习题视频课程选谁 - 知乎 对于考计算机408比较出名口碑不错的的机构有:王道、天勤、

    2023年04月18日
    浏览(31)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包