25-26-2-计算机组成原理-期中（计算机学院）

一、（10分）

用一台 $100\,\mathrm{MHz}$ 的处理器执行标准测试程序，它所包含的混合指令比和响应所需要的时钟周期见表 1。求有效的 CPI、MIPS 速率和程序的执行时间（程序的指令条数为 10000）。

表 1：测试程序包含指令及响应所需时钟周期

指令类型	CPI	指令混合比
算术和逻辑	1	40%
高速缓存命中的访存	2	35%
转移指令	4	15%
高速缓存失效的访存	8	10%

二、（10分）

在 IEEE754 标准规定的 64 位浮点数格式中，所能表示的最小规格化负数和最大规格化正数分别是多少？（给出分析过程）

三、（20分）

设计某指令系统时，假设采用 16 位定长指令字格式，操作码使用扩展编码方式。地址码为 6 位，包含零地址、一地址和二地址 3 种格式的指令。若二地址指令有 11 条，一地址指令有 315 条，则零地址指令的条数最多为多少条？（给出分析过程）

四、（20分）

利用 $2K\times4$ 位的 SRAM 芯片，设计一个 $8K\times8$ 位的存储器。试问：

需要多少个这样的芯片？（4分）
地址 0X1A21 所在芯片的最小地址是？（6分）
请画出设计图，要求用译码器实现。（10分）

五、（20分）

某机器的指令格式如下所示：

15        10 9      8 7               0
┌──────────┬────────┬─────────────────┐
│  操作码   │   X    │        D        │
└──────────┴────────┴─────────────────┘

D：位移量

X：寻址特征位（X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器 X1 进行寻址；X=10：用基址寄存器 B1 进行寻址；X=11：相对寻址）。设 $(PC)=1234H$ ， $(X1)=0037H$ ， $(B1)=1122H$ （H 代表十六进制数）。

该指令格式可定义多少种不同的操作？（6分）
请确定下列代码指令的有效地址 EA：① 4421H ② 5321H（14分）

六、（20分）

设有如下图所示的单总线结构。写出 ADD (R1), R0 的指令流程和控制信号（从取指令开始）。其中 ADD (R1), R0 指令的含义为将 R1 的内容作为地址送到主存取得一个操作数，再与 R0 中的内容相加，最后结果送到 R1 的内容作为地址的主存。

时序	流程	控制信号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10