【课程】计算机组成原理期末考试大题题型与方法

计算机组成原理期末考试大题题型包括以下8点。

1. 根据指令比例计算CPI和MIPS
2. 浮点加法
3. 不同总线情况下，总线传输率（例题，作业题选择）
4. 存储器地址、数据线计算，cache命中率，效率的计算
5. 补码加减溢出及判断
6. 微指令的构成及控制存储器容量
7. 根据要求设计机器指令
8. DMA相关

下面是解题方法。

1.根据指令比例计算CPI和MIPS

CPI = (Σ 指令数 × 该类指令所需周期) / 总指令数

MIPS = 时钟频率（MHz） / CPI

解题方法：

1. 根据每类指令的比例与周期，分别计算每类耗费的总周期；
2. 汇总求出总指令数与总周期数，代入 CPI 公式；
3. 给出时钟频率后，可计算 MIPS。

2.浮点加法

解题步骤：

1. 对阶：将小的指数向大的指数对齐，同时尾数右移；
2. 尾数加减：对齐后，按照符号相加或相减；
3. 规格化：若结果非规格化（前导非1），需左/右移并调整指数；
4. 舍入：按题意或 IEEE 754 默认使用“向最接近偶数舍入”；
5. 判断溢出/下溢：结果指数是否超出允许范围。

3.不同总线情况下，总线传输率（例题，作业题选择）

公式汇总：

• 同步总线传输率：传输率 = 每次传输数据位数 / 一个传输周期时间

• 异步总线传输时间估算（根据时序）：总时间 = 握手信号时间 + 数据有效时间

• 平均传输率：传输率 = 数据位数 / 总传输时间

解题方法：

1. 根据总线类型，分析时间组成（是否包含握手等待）；
2. 读/写时序分别列出，计算单次传输时间；
3. 再按数据位数计算传输率。

4.存储器地址、数据线计算，cache命中率，效率的计算

地址线/数据线计算：

• 地址线决定可寻址单元数：可寻址空间 = 2 的 地址线位数 次方

• 数据线决定每次访问的位数：每次访问数据量 = 数据线位数（单位：bit 或 Byte）

Cache 命中率：

• 命中率：命中率 = 命中次数 / 总访问次数

• 平均访问时间：T_avg = 命中率 × Cache访问时间 + (1 – 命中率) × 主存访问时间

解题方法：

1. 判断地址线位数与存储单元数；
2. 按映射方式（直接映射、组相联、全相联）分析访问情况；
3. 统计命中次数，计算命中率与平均访问时间。

5.补码加减溢出及判断

溢出判断法则：

• 两个正数相加结果为负数 ⇒ 溢出；
• 两个负数相加结果为正数 ⇒ 溢出；
• 也可以用进位判断法：溢出 = 符号位的进位 ≠ 次高位的进位

解题方法：

1. 把整数转成补码（二进制）；
2. 按位加法（忽略末尾进位）；
3. 判断是否发生符号异常或进位冲突。

6.微指令的构成及控制存储器容量

控制存储器容量计算：

• 微程序控制存储器容量：控制存储器容量 = 微指令条数 × 每条微指令的位数（单位：bit）

• 若要转为字节：容量（Byte） = 容量（bit） / 8

解题方法：

1. 明确控制字段数量与每个字段所需位数；
2. 求出一条微指令长度；
3. 根据微指令总条数，计算总容量。

7.根据要求设计机器指令

指令结构公式（以 R 型为例）：[ 操作码 ] [ 寄存器1 ] [ 寄存器2 ] [ 目标寄存器 ] [ 功能码 ]

解题方法：

1. 分析题设功能：是否需要立即数/偏移量；
2. 确定所需字段：操作码、寄存器编号、地址等；
3. 设置每个字段的位数，使总长度符合机器字长；
4. 可进一步写出指令编码（二进制/十六进制）。

8.DMA相关

DMA 传输时间：DMA 传输时间 = 传输数据总量（Byte） / 传输速率（Byte/s）

解题方法：

1. 确认 DMA 工作方式（突发、周期挪用、透明）；
2. 分析数据大小与传输带宽；
3. 若涉及 CPU 与 DMA 竞争，则分析仲裁方案。

所有公式清单：

CPI = Σ (各类指令数 × 各自周期) / 总指令数

MIPS = 时钟频率（MHz） / CPI

可寻址空间 = 2 ^ 地址线位数（Byte）

传输率 = 数据位数 / 总传输时间（秒）

命中率 = 命中次数 / 总访问次数

T_avg = h × T_cache + (1 – h) × T_memory

控制存储器容量（bit） = 微指令条数 × 微指令位宽

补码加法溢出判断：正+正得负 / 负+负得正 ⇒ 溢出
或：符号位进位 ≠ 次高位进位 ⇒ 溢出

DMA 传输时间 = 数据总量 / 传输速率