1、计算机专业基础综合（中央处理器）模拟试卷 1 及答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 关于控制器的主要功能，下面说法中最准确的是( )。（A）产生时序信号（B）从主存取出一条指令（C）完成指令译码（D）从主存取出一条指令、完成指令译码、产生时序信号、指挥各部件完成指令指定的操作2 CPU 功能不包括( )。（A）执行指令（B）控制执行指令的顺序（C）执行 DMA 操作（D）检测并响应中断3 存放当前正在执行的指令并为译码部件提供信息的部件是( )。（A）指令译码器（B）程序计数器（C）指令寄存器（D）
2、地址寄存器4 下面各存储器件中，用于存储微程序的是( )。（A）主存（B） Cache（C）控制存储器（D）辅存5 从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间称为( )。（A）时钟周期（B）机器周期（C）工作周期（D）指令周期6 设计微程序的人员是( )。（A）硬件设计人员（B）软件设计人员（C）用户（D）管理员7 在 CPU 的状态寄存器中，若符号标志为“1”，表示运算结果是( )。（A）正（B）负（C）零（D）不一定8 下列说法中正确的是( )。（A）微程序控制方式和硬连线方式相比较，前者可以使指令的执行速度更快（B）若采用微程序控制方式，则可用 PC取代 PC（C）控制存储器通常用 R
3、AM（D）机器周期也称为 CPU 周期9 在计算机体系结构中，CPU 内部包括程序计数器 PC、存储器数据寄存器 MDR、指令寄存器 IR 和存储器地址寄存器 MAR 等。若 CPU 要执行的指令为：MOV R0，#100(即将数值 100 传送到寄存器 Rn 中)，则 CPU 首先要完成的操作是( )。（A）100R 0（B） 100MDR（C） PCMAR（D）PCIR10 构成控制信号序列的最小单位是( )。（A）微程序（B）微指令（C）微命令（D）机器指令11 通常情况下，微指令位数最长的编码方法是( )。（A）直接表示法直接控制法（B）字段直接编码表示法（C）字段间接编码表示法（D）
4、混合表示法12 微程序控制器比硬布线控制器慢，原因是( )。（A）增加了从外存读微指令的时间（B）增加了从主存读微指令的时间（C）增加了从 IR 中读微指令的时间（D）增加了从控制存储器读微指令的时间13 相对于硬布线控制器，微程序控制器的特点是( )。（A）指令执行速度较快，修改指令的功能或扩展指令集难（B）指令执行速度较快，修改指令的功能或扩展指令集容易（C）指令执行速度较慢，修改指令的功能或扩展指令集难（D）指令执行速度较慢，修改指令的功能或扩展指令集容易14 微程序是在( ) 时被执行的。（A）安装硬件（B）安装软件（C）执行指令（D）故障诊断15 当微指令采用分段编码时，我们将互斥性
5、微命令( )。（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16 异步传送方式常用于( )中，作为主要控制方式。（A）微型机的 CPU 内部控制（B）硬连线控制器（C）微程序控制器（D）串行 IO 总线17 某计算机的指令系统中共有 101 条不同的指令，采用微程序控制方式时，控制存储器中具有的微程序数目至少是( )。（A）100（B） 102（C） 103（D）10418 控制器同步控制方式是指( )。（A）由统一时序信号控制的方式（B）由握手信号控制的方式（C）由中断控制的方式（D）由程序查询控制的方式19 以下说法中，错误的是( )。（A）指令执行过程中的第一步
6、就是取指令操作（B）为了进行取指令操作，控制器需要得到相应的指令（C）取指令操作是控制器自动进行的（D）在指令长度相同的情况下，所有取指令的操作都是相同的20 微指令中的微地址表示( )。（A）微操作的对象（B）存放微操作结果的地址（C）微操作数地址（D）后继微指令地址二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。20 下图是一个简化的 CPU 与主存连接结构示意图(图中省略了所有多路选择器)。其中有一个累加寄存器 AC、一个状态寄存器和其他四个寄存器 (主存地址寄存器MAR、主存数据寄存器 MDR、程序计数器 PC 和指令寄存器 IR)，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向
7、。要求：21 写出图中 a、b、c 、d 四个寄存器的名称。22 简述图中指令从主存取到控制器的过程。23 说明数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路(假定数据地址已在MAR 中)。24 某指令流水线分为五级，分别完成取址(IF)、译码并取数(ID) 、执行(EX) 、访存(MEM)、写结果(WR)。设完成各阶段操作的时间依次为：90ns，60ns ，70ns ，100ns ，50ns 。试问：流水线的时钟周期应取何值?若第一条和第二条指令发生数据相关，第二条指令需推迟多少时间才能不发生错误，7 若相邻两条指令发生数据相关，而不推迟第二条指令的执行可采取什么措施?25 如果在一个 CP
8、U 周期中要产生 3 个脉冲 T1=200ns，T 2=400ns，T 3=200ns，试画出时序产生器逻辑图。25 今有 4 级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，现假设完成各步操作的时间依次为 100ns，100ns，80ns，50ns 。请回答下列问题：26 流水线的操作周期应设计为多少?27 若相邻两条指令发生数据相关，而且在硬件上不采取措施，那么第二条指令要推迟多少时间进行?28 如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间?29 现有一个三段的指令流水线，各段经过时间依次为t，2t，t 。请画出该流水线连续处理三条不相关指令的时空图，并计算流水线的吞吐率、加速
9、比和效率。30 比较硬布线控制和微程序控制的异同。计算机专业基础综合（中央处理器）模拟试卷 1 答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 【正确答案】 D【试题解析】 完整角度上讲，控制器的主要功能可以表述为从主存取出一条指令、完成指令译码、产生时序信号、指挥各部件完成指令指定的操作。【知识模块】 中央处理器2 【正确答案】 C【试题解析】 DMA 操作由 DMA 控制器来执行。 CPU 的功能还包括发现和处理“异常”。【知识模块】 中央处理器3 【正确答案】 C【试题解析】 指令寄存器中主要存放的是当前
10、正在执行的指令，而不是 PC。【知识模块】 中央处理器4 【正确答案】 C【试题解析】 控制存储器在 CPU 内部，主要存放微程序。【知识模块】 中央处理器5 【正确答案】 D【试题解析】 本题主要考查的是指令周期的定义。【知识模块】 中央处理器6 【正确答案】 A【试题解析】 设计微程序的目的是为了控制时序，因此属于硬件设计人员的工作范畴。【知识模块】 中央处理器7 【正确答案】 B【试题解析】 状态标志寄存器用来存放程序状态字(PSW)。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态，是参与控制程序执行的重要依据之一。它主要包括两部分内容：一是状态标志，如进位标志(C)、结果为零标志 (Z)等，
11、大多数指令的执行将会影响这些标志位；二是控制标志，如中断标志、陷阱标志等。符号标志位SF=0 表示为正数，符号标志位 SF=1 表示为负数。【知识模块】 中央处理器8 【正确答案】 B【试题解析】 在微程序控制方法中，PC 的作用与在指令控制过程中 PC 起到的作用相同。【知识模块】 中央处理器9 【正确答案】 C【试题解析】 无论运行什么类型的指令，CPU 首先需要取指令，取指令阶段的第一个操作就是将指令地址(程序计数器 PC 中的内容)送往存储器地址寄存器。取指周期完成的微操作序列是公共的操作，与具体指令无关，取指令操作如下：(1)将程序计数器 PC 中的内容送至存储器地址寄存器 MAR，
12、记作(PC)MAR；(2)向主存发读命令，记作 Read；(3)从主存中取出的指令送到存储器数据寄存器 MDR，记作 M(MAR)MDR；(4)将 MDR 的内容送至指令寄存器 IR 中，记作(MDR)IR：(5)将 PC 的内容递增，为取下一条指令做好准备，记作(PC)+1PC。题中虽然给出了一条具体的指令“MOV R0，#100”，实际上 CPU 首先要完成的操作是取指令，与具体指令是没有关系的。【知识模块】 中央处理器10 【正确答案】 C【试题解析】 控制信号序列的最小单位是微命令。【知识模块】 中央处理器11 【正确答案】 A【试题解析】 此题考查不同的微指令编码方法的特点：直接表示
13、法直接控制法速度最快，但位数最长，编码空间利用率最低。【知识模块】 中央处理器12 【正确答案】 D【试题解析】 微程序的执行过程中增加了从控存读微指令的时间，因此使得其速度慢于硬布线控制器。【知识模块】 中央处理器13 【正确答案】 D【试题解析】 考查硬布线控制器和微程序控制器的特点。【知识模块】 中央处理器14 【正确答案】 C【试题解析】 微程序的执行是在指令执行过程中的，通过执行微程序产生时序控制信号，推进指令执行过程的进行。【知识模块】 中央处理器15 【正确答案】 C【试题解析】 本题考查字段直接编码的特点。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，
14、反之则是可以并行执行的微命令。【知识模块】 中央处理器16 【正确答案】 A【试题解析】 异步传输方式会用于微型机的 CPu 内部控制。【知识模块】 中央处理器17 【正确答案】 B【试题解析】 除去 101 条机器指令所对应的 101 个微程序外，至少还有一个取指微程序，所以至少有 102 个微程序。通常，一条机器指令对应一个微程序。由于任何一条机器指令的取指令操作都是相同的，因此可以将取指令操作抽出来编成一个独立的微程序，这个微程序只负责将指令从主存中取出送至指令寄存器。此外，也可以编出对应间址周期的微程序和中断周期的微程序。这样，控制存储器中的微程序个数应等于指令系统中的机器指令数再加上
15、对应的取指、间址和中断周期等公用的微程序数。若指令系统中具有 n 种机器指令，则控制存储器中的微程序数至少有 n+1 个。【知识模块】 中央处理器18 【正确答案】 A【试题解析】 同步是指由统一时序信号控制。【知识模块】 中央处理器19 【正确答案】 B【试题解析】 取指令操作完成的任务是将当前指令从主存中取出来并送至指令寄存器中去。这是指令运行过程中的第一步，与具体指令无关。取指令操作是控制器自动进行的，是控制器固有的功能。只要指令的长度相同，取指令的操作都是相同的。一条指令运行过程可以分为 3 个阶段：取指令阶段、分析取数阶段和执行指令阶段。其中取指令阶段的操作对任何一条指令来说都是必须
16、要执行的操作，所以称为公共操作。完成取指阶段任务的时间称为取指周期。如果指令长度不相同，长指令的取指令操作将要比短指令复杂。【知识模块】 中央处理器20 【正确答案】 D【试题解析】 微地址表示的是后继微指令地址。【知识模块】 中央处理器二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。【知识模块】 中央处理器21 【正确答案】 b 单向连接微控制器，由微控制器的作用不难得知 b 是指令寄存器(IR)；a 和 c 直接连接主存，只可能是 MDR 和 MAR，c 到主存是单向连接，a 和主存双向连接，根据指令执行的特点，MAR 只单向给主存传送地址，而 MDR 既存放从主存中取出的数据又要存放将要写
17、入主存的数据，因此 c 为主存地址寄存器(MAR)，a 为主存数据寄存器(MDR)。d 具有自动加 1 的功能，且单向连接 MAR，不难得出为程序计数器(PC)。因此，a 为 MDR，b 为 IR，c 为 MAR，d 为 PC。【知识模块】 中央处理器22 【正确答案】 先从程序计数器(PC)中取出指令地址，将指令地址送入主存地址寄存器(MAR)，在相关的控制下从主存中取出指令送至主存数据寄存器(MDR)，然后将 MDR 中的指令送至指令寄存器(IR)，最后流向微控制器，供微控制器分析并执行指令。因此，取指令的数据通路为：PCMAR，M(MAR)MDRIR 控制器【知识模块】 中央处理器23
18、【正确答案】 与(2)的分析类似，根据 MAR 中的地址去主存取数据，将取出的数据送至主存数据寄存器(MDR)，然后将 MDR 中的数据送至 ALU 进行运算，运算的结果送至累加器(AC)，运算结束后将 AC 中的结果送至 MDR，最后将 MDR中的数据写入主存。因此，从主存取出、运算和写回主存所经过的数据通路为：MARM，M(MAR)MDRALU ，ALUAC，ACMDRM(MAR)。【知识模块】 中央处理器24 【正确答案】 流水线的时钟周期应取其中最长的时间段，即 100ns。第二条指令需推迟 300ns(即等待上一条指令完成 EX、MEM、WR 三个周期后才能开始ID，才能不发生错误。
19、若相邻两条指令发生数据相关而不推迟第二条指令的执行，可采取的措施是在访存与执行之间设置相关专用通路。【知识模块】 中央处理器25 【正确答案】 节拍脉冲 T、T、T 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时 T1=T2=200ns，T 3=400ns，所以主脉冲源的频率应为 f=1T 1=5MHz，为了消除节拍脉冲上的毛刺，环型脉冲发生器采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。根据关系，节拍脉冲 T1、T 2、T 3 的逻辑表达式如下：T 1= C1C2，T 2=C2，T 3=C1【知识模块】 中央处理器【知识模块】 中央处理器26 【正确答案】 流水线的操作时
20、钟周期 t 按四步操作中最长时间来考虑，所以t=100ns。【知识模块】 中央处理器27 【正确答案】 两条指令发生数据相关冲突情况：ADD R 1，R 2，R 3； R2+R3R 1SUB R4，R 1，R 5； R 1R5R 4 两条指令在流水线中执行情况如下表所示。 ADD 指令在时钟 4 时将结果写入寄存器堆(R 1)，但 SUB 指令在时钟 3 时读寄存器堆(R 1)。本来 ADD 指令应先写入 R1，SUB 指令后读 R1，结果变成 SUB 指令先读R1，ADD 指令后写 R1，因而发生两条指令间的数据相关，如果硬件上不采取措施，第 2 条指令 SUB 至少应推迟 2 个操作时钟周
21、期(2100ns)。【知识模块】 中央处理器28 【正确答案】 如果硬件上加以改进(采取旁路技术)，可推迟 1 个操作时钟周期(100ns)。【知识模块】 中央处理器29 【正确答案】 时空图如图所示。 流水线的吞吐率 Tp=38100=37 5 加速比=(43)8=15 效率 E=(43)(83)100 =50【知识模块】 中央处理器30 【正确答案】 (1)硬布线控制与微程序控制器相同之处是根据指令操作码和时序信号，产生各种控制信号，以便正确地建立各种数据通路，完成取指令和执行指令的控制。(2)硬布线控制的优点是，由于控制器的速度取决于电路延迟，所以速度较快。(3)硬布线控制的主要缺点是，由于将控制部件看成专门产生固定时序控制信号的逻辑电路，所以把用最少元件和取得最高速度作为设计目标。一旦设计完成，不可能通过其他的修改添加新功能。(4)微程序控制的主要优点是，与硬布线控制器相比，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点。(5)微程序控制的主要缺点是，由于微程序控制器采用了存储程序原理，所以每条指令都要从控制存储器中取一次，因此影响了速度。【知识模块】 中央处理器
