1、计算机专业基础综合计算机组成原理（中央处理器）历年真题试卷汇编 2 及答案与解析一、单项选择题1 在微程序控制下，下列说法正确的是_。【华中科技大学 2006 年】（A）控制信号发出的最基本控制信号称为微命令，执行部件相应的操作称为微操作（B）控制信号发出的最基本控制信号称为微指令，执行部件相应的操作称为微操作（C）控制信号发出的最基本控制信号称为微命令，执行部件相应的操作称为微指令（D）控制信号发出的最基本控制信号称为微指令，执行部件相应的操作称为微周期2 微程序控制单元中，机器指令和微指令的关系是_。【西安交通大学 2003 年】（A）每条机器指令由一条微指令执行（B）每条机器指令由若干条
2、微指令构成的微程序来解释执行（C）一段机器指令组成的程序由一条微指令来执行（D）一条微指令由一段机器指令构成的程序执行3 在微程序控制器中，微指令的控制方式可采用直接控制和编码控制两种，在微操作命令个数相同的情况下_。【中国科学院 2002 年】（A）两种控制方式的微指令位数一样（B）隐式编码的微指令位数多于显式的微指令位数（C）直接控制方式的微指令位数最长（D）两种控制方式的微指令位数不确定4 下列微指令的编码方式中，执行速度最快的是_。【哈尔滨工业大学 2003 年】（A）直接编码（B）字段直接编码（C）字段间接编码（D）无法判断5 当微指令采用分段编码时，我们将互斥性微命令_。【哈尔滨工
3、程大学 2005年】（A）放在同一段中（B）用多级译码来区分（C）放在不同段中（D）任意存放6 某计算机采用微程序控制，微指令字中操作控制字段共 12 位，下列说法正确的是_。【哈尔滨工业大学 2006 年】（A）若采用直接控制，则此时一条微指令最多可同时启动 11 个微操作（B）若采用字段直接编码控制，并要求一条微指令需同时启动 3 个微操作，则微指令字中的操作控制字段应分 6 段（C）若采用字段直接编码控制，并要求一条微指令需同时启动 3 个微操作，每个字段的微命令数相同，这样的微指令格式最多可包含 45 个微操作命令（D）以上说法都不对7 在微程序控制器中，执行指令微程序的首条微指令地址
4、是通过_得到的。【国防科技大学 2003 年】（A）程序计数器 PC（B）前条微指令（C） UPC+1（D）指令操作码映射8 为确定下一条微指令的地址。通常采用断定方式，其基本思想是_。【北京理工大学 2005 年】（A）用程序计数器 PC 来产生后继微指令地址（B）用微程序计数器、UPC 来产生后继微指令地址（C）通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址（D）通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址9 水平型微指令与垂直型微指令相比_。【上海交通大学 2000 年】（A）前者一次只能完成一个操作（B）后者一次只能完成一个操作（C）两者都是一次
5、只能完成一个操作（D）两者都是一次完成多个操作10 下列说法错误的是_。【东北大学 2003 年】（A）微指令存放在控制存储器中，它包含微操作控制字段和顺序控制字段（B）每条机器指令与一段由微指令构成的微程序相对应（C）微指令可由一系列微操作组成（D）读取并执行一条微指令的时间称为微周期11 下列哪个选项不可能是微指令格式中的组成部分_。【武汉大学 2002 年】（A）操作码字段（B）操作控制字段（C）外部条件字段（D）下地址字段12 已知某 CPU 采用微程序控制方式，其控制存储器容量为 51232 位。微程序可以在整个控制存储器中实现转移，控制微程序转移的条件有 5 个，微程序控制指令采用
6、水平型格式，后继微地址采用断定方式，那么微指令中的 3 个字段：微命令、判别测试、下微地址分别为_位。【武汉大学 2002 年】（A）18、5、9（B） 9、5、9（C） 18、5、18（D）9、5、1813 下列不属于微指令结构设计所追求的目标的是_。【哈尔滨工程大学 2005 年+】（A）提高微程序的执行速度（B）提高微程序设计的灵活性（C）缩短微指令的长度（D）增大控制存储器的容量14 下列说法中正确的是_。【上海大学 1998 年】（A）采用微程序控制器是为了提高速度（B）控制存储器采用高速 RAM 电路组成（C）微指令计数器决定指令执行顺序（D）一条微指令放在控制存储器的一个单元中1
7、5 在硬布线控制器中，时序信号采用_时序系统；在微程序控制器中，时序信号一般采用_时序系统。【中国科学院 2004 年】（A）指令周期-机器周期-时钟周期微周期-脉冲（B）机器周期-时钟周期机器周期-时钟周期-脉冲（C）机器周期-时钟周期-脉冲机器周期-时钟周期（D）机器周期-时钟周期-脉冲微周期-脉冲16 微程序控制器与组合逻辑控制器相比的主要优越之处是_。【南京航空航天大学 2001 年】（A）速度快（B）控制简单，规整（C）节省芯片面积（D）用户编程方便17 组合逻辑控制器和微程序控制器的主要区别在于_。【南京航空航天大学2000 年】（A）ALU 结构不同（B）数据通路不同（C） CP
8、U 寄存器组织不同（D）微操作信号发生器的构成方法不同18 以下说法错误的是_。【华中师范大学 1997 年】（A）取指令操作是控制器固有的功能，不需要根据指令要求进行（B）在指令长度相同的情况下，所有取指令的操作都是相同的（C）在单总线结构的 CPU 中，一条指令读取之后， PC 中的值是下一条指令的地址（D）计算机中的一个字的长度为 16 位19 下列描述流水 CPU 基本概念正确的是_。（A）流水 CPU 是以空间并行性为原理构造的处理器（B）流水 CPU 一定是 RISC 机器（C）流水 CPU 一定是多媒体 CPU（D）流水 CPU 是一种非常经济而实用的时间并行技术20 下列关于超
9、标量流水线的描述不正确的是_。（A）在一个时钟周期内，一条流水线可执行一条以上的指令（B）一条指令分为多段指令来由不同电路单元完成（C）超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间（D）超标量流水线是指运算操作并行21 下列关于动态流水线的描述正确的是_。（A）动态流水线是在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却正在进行另一种运算，这样对提高流水线的效率很有好处，但会使流水线控制变得很复杂（B）动态流水线是指运算操作并行（C）动态流水线是指指令步骤并行（D）动态流水线是指程序步骤并行22 流水 CPU 是由一系列叫做“段”的处理线路所组成。和具有 m 个并
10、行部件的CPU 相比，一个 m 段流水线 CPU_。【北京邮电大学 2002 年】（A）具有同等水平的吞吐能力（B）不具备同等水平的吞吐能力（C）吞吐能力大于前者的吞吐能力（D）吞吐能力小于前者的吞吐能力23 设指令由取指、分析、执行 3 个子部件完成，并且每个子部件的时间均为t，若采用常规标量单流水线处理器(即处理器的度为 1)，连续执行 12 条指令，共需_。【哈尔滨工业大学 2008 年】（A）12At（B） 14At（C） 16At（D）18At24 若采用度为 4 的超标量流水线处理器。连续执行上述 20 条指令，只需_。（A）3At（B） 5At（C） 7At（D）9At25 现有
11、四级指令流水线，分别完成取指、取数、运算、传送结果 4 步操作。若完成上述操作的时间依次为 9ns、10ns、6ns、8ns，则流水线的操作周期应设计为_。【哈尔滨工业大学 2006 年】（A）6ns（B） 8ns（C） 9ns（D）10ns26 设指令流水线把一条指令分为取指、分析、执行 3 个部分，且 3 部分的时间分别为 t 取指 =2ns、t 分析 =2ns、t 执行 =1ns，则 100 条指令全部执行完毕需 _。【清华大学 2005 年】（A）163ns（B） 183ns（C） 193ns（D）203ns二、分析题27 图 5-4 所示为双总线结构计算机的数据通路，IR 为指令寄存
12、器，PC 为程序计数器，M 为主存，AR 为主存地址寄存器，DR 为数据缓冲寄存器，ALU 由加减控制信号决定可完成何种操作，控制信号 G 控制的是一个门电路。另外，线上标注有控制信号，例如，Yin 表示 Y 寄存器的输入控制信息；未标注 R2in 和 R20ut 分别表示寄存器 R2 的输入输出控制信号，其他未标注的线为直通线。现有“SUBR2，R0”指令完成R2(R2)一(R0)的功能操作，假如该指令已放入 PC 中，请画出其指令周期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列。【西安理工大学 2002 年】27 某机采用微程序控制方式，微指令字长为 24 位，操作控制字段采用字段直接编译法，顺
13、序控制字段采用断定方式，共有 30 个微命令构成 4 个相斥类，各包含 4个、7 个、14 个和 3 个微命令，微程序流程中有分支处共 3 个。【天津大学 2002年】28 设计微指令的具体格式。29 控制存储器的容量应为多少?29 某机采用微程序控制方式，水平型编码控制的微指令格式，断定方式。共有微命令 30 个，构成 4 个互斥类，各包含 5 个、8 个、14 个和 3 个微命令，外部条件共有 3 个。【北京理工大学 2006 年】30 若采用字段直接编码方式和直接控制方式，微指令的操作控制字段各取几位?31 假设微指令字长为 24 位，设计出微指令的具体格式。32 在 2)的情况下，控制
14、存储器允许的最大容量为多少?32 指令流水线有取指(IF)、译码(ID) 、执行(EX)、访存 (MEM)、写回寄存器堆(WB)5 个过程段，共有 7 条指令连续输入此流水线。 【北京邮电大学 2003 年】33 画出流水线处理的时空图，假设时钟周期为 10ns。34 求流水线的实际吞吐率(单位时间里执行完毕的指令数)。35 求流水线处理器的加速比。36 设有一指令流水线如图 55 所示，由 Cache 每隔 100ns 提供 4 条指令，画出此时处理过程的时空图并求出其实际吞吐率和效率。【上海交通大学 2002 年】计算机专业基础综合计算机组成原理（中央处理器）历年真题试卷汇编 2 答案与解
15、析一、单项选择题1 【正确答案】 A【试题解析】 考查微命令与微操作的概念。在微程序控制下，控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，这种控制命令称为微命令，而执行部件接收此控制命令后所进行的操作称为微操作。【知识模块】 中央处理器2 【正确答案】 B【试题解析】 考查机器指令与微指令的关系。每条机器指令由若干条微指令构成的微程序来解释执行。【知识模块】 中央处理器3 【正确答案】 C【试题解析】 考查微指令编码方式。直接控制方式的微指令位数比编码控制方式的微指令位数长。【知识模块】 中央处理器4 【正确答案】 A【试题解析】 考查微指令编码方式。直接编码方式下，微指令操作控制字段中的每位
16、代表一个微操作命令，微操作命令的发出不需要通过译码，故执行速度最快。【知识模块】 中央处理器5 【正确答案】 A【试题解析】 考查互斥性微命令。互斥性微命令是指不能同时或不能在同一个CPU 周期内并行执行的微命令。分段编码法是把一组互斥性的微命令信号组成一个小组(即一个字段) ，然后通过小组译码器对每个微命令信号进行译码，译码输出作为操作控制信息。即当微指令采用分段编码时，将互斥性微命令放在同一段中。【知识模块】 中央处理器6 【正确答案】 C【试题解析】 考查微指令编码方式。1)直接控制编码是指微指令的微命令字段中每位二进制数都代表一个微命令，设计微指令时，选用或不选用某个微命令，只要将表示
17、该微命令的对应二进制数设置成 0 或 1 即可。本题中微指令字中操作控制字段共 12 位，此时一条微指令最多可同时启动所有的微操作，即同时启动 12 个微操作。2) 字段直接编码方式是将微指令的微命令字段分成若干个小段，把相斥性微命令组合在同一字段中，把相容性的微命令组合在不同的字段中，每个字段独立编码，每种编码代表一个微命令并且每个字段编码含义单独定义，与其他字段无关。3)本题中，要求一条微指令需同时启动 3 个微操作，即需同时启动 3 个相容性的微操作，由于要把相容性的微命令组合在不同的字段中，所以将操作控制字段分为 3 段。4)因为每个字段的微指令数相同，且当操作控制字段分为 3 段，每
18、个字段平均有 4 位二进制数时，可以包含微操作命令数最多。则每个字段可表示 16 种状态，其中，状态 0000 表示不操作，所以每个字段最多表示 15 种微命令，而这种格式最多可表示 45 个微操作命令。注意：本题 B 和 C 容易判断错误， B 不好理解题意，C 容易忽略空操作。【知识模块】 中央处理器7 【正确答案】 D【试题解析】 考查微地址的形成方式。在微程序控制器中，执行指令微程序的首条微指令地址通过专门的硬件提供。【知识模块】 中央处理器8 【正确答案】 C【试题解析】 考查微指令的地址形成方式。断定方式中下一条微指令的地址包含在当前微指令的代码中。【知识模块】 中央处理器9 【正
19、确答案】 B【试题解析】 考查微指令格式。水平型微指令具有良好的并行性，每条微指令可以完成较多的基本微操作，但垂直型微指令接近于机器指令的格式，每条微指令只能完成一个基本微操作。【知识模块】 中央处理器10 【正确答案】 C【试题解析】 考查微程序控制的基本概念。微程序控制方式是将机器指令分解为基本的微命令序列，用二进制编码表示这些微命令，并将多条微命令编成微指令，多条微指令形成微程序。而每条机器指令对应一段微程序，在制造 CPIj 时固化在CPU 的控制存储器中。从控制存储器中读取一条微指令并执行对应的微操作所需的时间称为微周期。控制存储器内容包含两部分：微操作控制字段(微命令字段)和顺序控
20、制字段(微地址字段)。微命令字段可直接按位或通过译码提供微命令，顺序控制字段用于控制产生下一条微指令地址。【知识模块】 中央处理器11 【正确答案】 A【试题解析】 考查微指令格式。操作码字段是机器指令的组成部分。【知识模块】 中央处理器12 【正确答案】 A【试题解析】 考查微指令的格式设计。因为控制存储器容量为 51232 位，所以可以得知控制存储器有 512 个单元，微指令可以寻址 512 个控制单元，则下微地址字段为 9 位(因为 29=512)。因控制微程序转移的条件有 5 个，所以可以得知有 5 个判断条件，若采用直接表示法，则判别测试字段应为 5 位，每位表示一个测试条件。微命令
21、字段即为(3259)位=18 位。【知识模块】 中央处理器13 【正确答案】 D【试题解析】 考查微指令结构设计所追求的目标。设计微指令结构时，所追求的目标：微指令结构要有利于缩短微指令字长度；有利于减小控制存储器的容量；有利于提高微程序的执行速度；有利于微指令的修改：有利于微程序设计的灵活性。【知识模块】 中央处理器14 【正确答案】 D【试题解析】 考查微程序控制器。微程序控制器比硬布线控制器的速度慢，增加了从控制存储器读取微指令的时间；通常控制存储器采用：ROM 组成：微指令计数器决定的是微指令的执行顺序。【知识模块】 中央处理器15 【正确答案】 D【试题解析】 考查两种控制器实现方式
22、的时序系统。在硬布线控制器中，计算机每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个时钟周期(节拍)，每个时钟周期设置一个或几个工作脉冲，即采用机器周期时钟周期脉冲三级时序系统。在微程序控制器中，通过执行微指令解释指令的执行，执行每条微指令的时间为微周期，每个微周期通过脉冲控制微命令序列执行微指令，即采用微周期脉冲两级时序系统。【知识模块】 中央处理器16 【正确答案】 B【试题解析】 考查两种控制器实现方式的优缺点。微程序控制器同组合逻辑控制器相比，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点。【知识模块】 中央处理器17 【正确答案】 D【试题解析】 考查两种控制器实现方式的区别。组
23、合逻辑控制器和微程序控制器的主要区别在于微操作信号发生器的构成方法不同。【知识模块】 中央处理器18 【正确答案】 D【试题解析】 本题属于综合题。计算机中的一个字的长度不一定为 16 位。【知识模块】 中央处理器19 【正确答案】 D【试题解析】 考查流水线的基本概念。流水 CPU 是一种非常经济而实用的时间并行技术。【知识模块】 中央处理器20 【正确答案】 D【试题解析】 考查超标量流水线的概念。超标量流水线是指在一个时钟周期内一条流水线可执行一条以上的指令。一条指令分为多段指令，由不同电路单元完成。超标量是通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间。【知识模块】 中
24、央处理器21 【正确答案】 A【试题解析】 考查动态流水线的概念。【知识模块】 中央处理器22 【正确答案】 A【试题解析】 考查指令流水线。一个 m 段流水线 CPU 和具有 m 个并行部件的CPU 相比具有同等水平的吞吐能力。【知识模块】 中央处理器23 【正确答案】 B【试题解析】 考查单处理器指令流水线。单流水线处理器执行 12 条指令的时间为3+(121)t=14At.【知识模块】 中央处理器24 【正确答案】 C【试题解析】 考查超标量指令流水线。这个超标量流水线处理器可以发射 4 条指令，所以有3+(204) 4 t=7At。【知识模块】 中央处理器25 【正确答案】 D【试题解
25、析】 考查指令流水线中操作周期的确定。操作周期应以最长的执行时间为准，否则用时长的流水段的功能将不能正确完成。【知识模块】 中央处理器26 【正确答案】 D【试题解析】 考查单处理器指令流水线。100 条指令全部执行完毕需(2+2+1)+(1001)2ns=203ns。【知识模块】 中央处理器二、分析题27 【正确答案】 取指周期：PCAR：PCoutARinReadPC+1PC：PC+1 PCinMDRIR：DRoutIRin取源操作数周期：R2X：R20utXin 取目地操作数周期：ROY：R00utYin执行周期：(X)(Y)R2；Xout，Yout，R2in【知识模块】 中央处理器【知
26、识模块】 中央处理器28 【正确答案】 操作控制字段被分为 4 组，第一组 3 位(表示 4 个微命令)，第二组 3 位(表示 7 个微命令) ，第三组 4 位(表示 14 个微命令)，第四组 2 位(表示 3 个微命令)；判断测试条件字段 3 位，下地址字段位数=24 一(3+3+4+2+3)位=9 位。【知识模块】 中央处理器29 【正确答案】 控制存储器的容量为 51224 位=12288 位，因为下地址字段有 9位。【知识模块】 中央处理器【知识模块】 中央处理器30 【正确答案】 水平型微指令的格式为：当采用字段直接编码控制方式时，控制字段分为 4 组，分别表示微命令的 4 个相斥类
27、，各组的长度为 3 位(表示 5 个微命令)、4 位(表示 8 个微命令) 、4 位(表示 14 个微命令) 、2 位(表示 3 个微命令)，所以控制字段共需(3+4+4+2)位=13 位。当采用字段直接控制方式时，控制字段分为 4 组，分别表示微命令的 4 个相斥类，各组的长度为 5 位(表示 5 个微命令)、8 位(表示 8个微命令)、14 位( 表示 14 个微命令)、3 位( 表示 3 个微命令)，在外部条件有 3 个的情况下，每位对应一个外部条件，判断测试字段需要 3 位，所需控制位数为 33位。【知识模块】 中央处理器31 【正确答案】 题上所给微指令字长为 24 位，只能采用字段
28、直接编码方式。在外部条件有 3 个的情况下，判断测试条件字段有 2 位，此时下地址字段为(24132)位=9 位。微指令的具体格式如图 57 所示。【知识模块】 中央处理器32 【正确答案】 上面已计算出下地址字段共 9 位，可访问地址空间为 512 个微指令字，控制寄存器的最大容量应为 51224 位。【知识模块】 中央处理器【知识模块】 中央处理器33 【正确答案】 7 条指令连续进入流水线的时空图如图 5-8 所示。【知识模块】 中央处理器34 【正确答案】 流水线在 11 个时钟周期中执行完 7 条指令，故实际吞吐率为7(1110ns)=6410 7 条指令s【知识模块】 中央处理器3
29、5 【正确答案】 k 级流水线处理 n 个任务所需的时钟周期为 Tk=k+(n1)。非流水线处理器处理 n 个任务所需的时钟周期为 T1=nk。 k 级流水线处理器的加速比为Ck=T1 Tk=nk(k+(n 一 1)，代入已知数据 n=7，k=5，则 Ck=75(5+6)=3511=3 18。【知识模块】 中央处理器36 【正确答案】 流水线的时空图如图 5-9 所示。完成 4 个任务的周期数为T=(100+100+100+200+100+300)ns=900ns：任务数为 N=4；则有吞吐率为TP=NT=(1225)10 9=044x10 7(条指令秒)流水段的深度为 M=4：效率为【试题解析】 考查时空图描述流水线的工作和流水线性能的计算方法。本题目中的流水线使用重复设置瓶颈段的方法来消除瓶颈。B 段是本题的关键，分为 3 条路径，每条都是 200ns，完全可以满足流水线的输入。计算流水线的效率的过程为【知识模块】 中央处理器
