考试科目名称 计算机系统基础 （A卷）
写论文
2014—2015学年第 1 学期 教师 袁春风 路通 苏丰 唐杰 汪亮 考试方式：开卷
系（专业） 计算机科学与技术 年级 2013 班级
学号 姓名 成绩
题号 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 六 | 七 | 八 | 九 | 十 | 十一 | 十二 | 十三 |
分数 | | | 戚家军编制 | | | | | | | | | | |
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一个C语言程序有两个源文件：main.c和test.c，它们的内容如下图所示。
假设在IA-32/Linux平台上用GCC编译驱动程序处理，main.c和test.c的可重定位目标文件名分别是main.o和test.o，生成的可执行文件名为test。回答下列问题或完成下列任务。 （ 提示：IA-32为小端方式，字长为32位，即sizeof(int)=4，虚拟地址空间中的只读数据和代码段、可读写数据段都按4KB边界对齐） 一、从C语言源程序到可执行文件test的转换需要经过哪些步骤？简要说明每个步骤的工作内容。（4分）
参考答案： （略）
二、已知数组a在虚拟空间中首址为0x080496dc，则0x080496e0到0x080496e3这4个单元内容依次是什么？若a改为float型（即main.c第4行的int改为float），则这4个单元内容依次是什么？（6分）
参考答案：
在0x080496e0到0x080496e3这4个单元中存放的是-100，-100=-(64+32+4)=-1100100
B，其对应的8位补码表示为10011100，在机器中的32位补码表示为FFFFFF9CH。因为IA-32是小端方式，因此，在0x080496e0到0x080496e3这4个单元的内容依次为：9CH、FFH、FFH、FFH。（2分）
若a改为float类型，则-100用IEEE 754单精度格式表示，因为-1100100B=-1.1001B 26，因此其机器数为1 10000101 100 1000 0000 0000 0000 0000，用十六进制表示为C2C80000H，因此，在0x080496e0到0x080496e3这4个单元的内容依次为：00H、00H、C8H、C2H。（4分）
三、使用“objdump –d test”得到sum函数的反汇编结果如下，从反汇编结果可看出IA-32是CISC还是RISC？为什么？（2分） 参考答案：CISC。（1分）
因为指令的长度参差不齐，有一个、两个、三个、四个字节等不同长度。（1分） 四、根据sum函数反汇编结果画出其栈帧，要求分别用EBP和ESP标示栈帧底部和顶部并标出i的位置。（4分）
参考答案：
五、cmpl指令的执行将会影响EFLAGS寄存器
中哪些常用标志？当i=4时，sum函数中
cmpl指令的执行结果将如何影响下条jle指
令？（10分）
参考答案：
cmpl指令通过做减法来生成标志信息，其执行将影响EFLAGS寄存器中的OF、CF、ZF和SF这几位条件标志位。（4分）
当i为4时，cmpl指令中的操作数M[R[ebp]-4]实际上就是4，因此，cmpl指令实际上是在以下电路中实现“4减3”的功能，也即，在电路中X=0000 0004H，Y=0000 0003H，Y’=FFFF FFFCH，Sub=1，因此，result=0000 0001H，OF=0，CF=0，ZF=0，SF=0，执行到jle指令时，根据指令功能得知是带符号整数比较，因为OF=SF，因而是大于关系，不满足jle指令的“小于或等于”关系，因而不会跳转到循环体内执行，而是跳出循环执行。（6分）
我的狼外婆
六、地址0x804845a处的mov指令中，源操作数采用什么寻址方式？其中，EAX寄存器存放的是哪
个变量？为何比例因子为4？如何计算源操作数的有效地址？源操作数的访问过程需要经过哪些步骤？（要求从有效地址计算开始进行简要说明，包括何时判断及如何判断TLB缺失、缺页和cache缺失等，在300字以上。）（20分，若能结合题目中给出的具体例子清楚描述IA-32/Linux中的地址转换过程，则额外加10分）
参考答案：
采用“比例变址+位移量”寻址方式。（1分）
EAX中存放的是i。（1分）
比例因子为4是因为a的每个元素占4B，且IA-32按字节编址。（1分）
有效地址EA=R[eax]*4+0x80496dc=i*4+0x80496dc（其中0x80496dc是数组a的首地址）（1分）
（略）
七、画出test的一个进程对应的虚拟地址空间。要求根据sum函数的反汇编结果，给出只读数据和代码段的起始地址、可读写数据段的起始地址，并说明符号a、val、sum分别定义在哪个段内。（10分）
参考答案：李旭爽
根据sum反汇编结果可知只读数据和代码段的起始地址、可读写数据段的起始地址分别是0x8048000和0x8049000。（7分）
因为符号a和val都是初始化的全局变量，所以被定义在可读写数据段中，sum是函数名，所以被定义在只读数据和代码段。（3分）
八、已知页大小为4KB，主存地址位数为32位。假设数据cache的数据区大小为32KB，采用4路组相联映射方式，主存块大小为64B，则主存地址如何划分？若main.c中数组a有100个元素被初始化，test.c中的N定义为100，即for循环访问的数组元素为a[0]~a[99]，执行sum函数前，数组a未调入cache但已调入主存，数组a在主存的首地址为0x406dc，则数组a的所有元素将被复制到cache的哪些组中？在执行sum函数过程中访问数组a的cache命中率是多少？（10分）
参考答案：
数据cache共有32KB/64B=512行，共有512/4=128个cache组。因此，32位主存地址中，块内地址占6位，组索引占7位，高19位是标记。（3分）
数组a中有100个元素，每个元素占4个字节，因此，a共占400B，400B/64B=6.25。其首地址为0x406dc，因此，其最后一个元素的地址为0x406dc+396=0x406dc+0x18c=0x40868。（3分）
将0x406dc展开后为100 000 0011011 011100，将0x40868展开为100 000 0100001 1010
00，因此，可以看出a中的元素依次映射到cache的第11011B=27组、28组、…、100001=33组，共7组。因此，共有7次未命中，命中率为93/100=93%。（4分）
九、填写下表中各标识符的情况，说明每个标识符是否出现在test.o的符号表（.symtab节）中，如果是的话，进一步说明定义该符号的模块是main.o还是test.o、该符号的类型是全局、外部还是本地符号、该符号出现在test.o中的哪个节（.text、.data或.bss）。（6分）
参考答案：
标识符 | 在test.o的符号表中？ | 定义模块 | 符号类型 | 节 |
a | 是 | 浙江省人民政府main.o | 外部 | ---- |
val | 是 | test.o | 全局 | .data |
sum | 是 | test.o | 全局 | .text |
i | 否 | ---- | ---- | ---- |
N | 否 | ---- | ---- | ---- |
| | | | |
（i和N各占1分，其余每3格占1分，共6分）三自由度平台
十、使用“objdump –d test.o”得到sum函数的反汇编结果如下。对照在可重定位文件test.o和可执行文件test中的两个sum函数的反汇编结果，说明在哪些指令中进行了重定位（可在相应指令下方划线或给出相应指令所在的位移量）。（4分）
参考答案：（一个占1分）
十一、为什么在main.c的开头需加“#include <stdio.h>”？ 为什么main.c中没有定义printf()函数，也没它的原型声明，但main()函数引用它时没有发生错误？为什么printf( )函数中未指定输出文件名，但执行test程序后会在屏幕上显示字符串？（4分）
参考答案：
因为main.c中使用了标准I/O函数printf()，这个函数的原型说明在stdio.h中，所以应该在main.c的开头加“#include <stdio.h>”。（1分）
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