2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——信息與計(jì)算科學(xué)中的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫(xiě)在題后的括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的核心思想之一是（）。A.程序存儲(chǔ)執(zhí)行B.指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)C.采用浮點(diǎn)數(shù)表示D.高速運(yùn)算器2.在計(jì)算機(jī)中，采用補(bǔ)碼表示法的主要目的是（）。A.簡(jiǎn)化加減法運(yùn)算電路B.增加表示范圍C.便于邏輯運(yùn)算D.避免負(fù)數(shù)表示3.下列尋址方式中，以當(dāng)前指令地址為基礎(chǔ)進(jìn)行尋址的是（）。A.立即尋址B.直接尋址C.寄存器尋址D.相對(duì)尋址4.指令流水線技術(shù)的主要目的是（）。A.提高指令的時(shí)鐘頻率B.增加指令字長(zhǎng)度C.提高指令執(zhí)行效率D.減少存儲(chǔ)器訪問(wèn)次數(shù)5.在RISC計(jì)算機(jī)中，通常（）。A.指令種類(lèi)多，長(zhǎng)度可變B.指令種類(lèi)少，長(zhǎng)度固定C.只有加載和存儲(chǔ)指令是訪存的D.每條指令都能在單周期內(nèi)完成6.Cache與主存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的基本方式是（）。A.直接映射B.全相聯(lián)映射C.組相聯(lián)映射D.寫(xiě)入Cache或主存7.下列關(guān)于Cache性能指標(biāo)的描述中，正確的是（）。A.Cache容量越大，命中率越高B.Cache速度越快，系統(tǒng)整體速度越慢C.替換算法對(duì)命中率沒(méi)有影響D.寫(xiě)回Cache的寫(xiě)策略會(huì)降低Cache的利用率8.計(jì)算機(jī)總線按傳輸信息類(lèi)型可分為（）。A.數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線B.內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線、外部總線C.片內(nèi)總線、片間總線、板級(jí)總線D.同步總線、異步總線、總線9.I/O接口中，程序查詢方式的特點(diǎn)是（）。A.CPU與I/O設(shè)備并行工作B.CPU需要暫停執(zhí)行以等待I/O完成C.I/O速度由CPU控制D.需要硬件中斷支持10.并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，SIMD表示（）。A.單指令流多數(shù)據(jù)流B.多指令流單數(shù)據(jù)流C.多指令流多數(shù)據(jù)流D.單指令流單數(shù)據(jù)流二、填空題（請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上。每空2分，共20分）1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大基本組成部件是運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和______。2.在補(bǔ)碼表示法中，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用______表示。3.指令流水線中，流水線沖突包括結(jié)構(gòu)沖突、數(shù)據(jù)沖突和______。4.Cache的基本工作原理是______原理。5.存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中，位于最上層的是______。6.總線寬度以______位為單位。7.I/O控制方式中，DMA表示______。8.描述Cache性能的主要指標(biāo)有命中率和______。9.RISC指令系統(tǒng)的特點(diǎn)是______和______。10.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)按規(guī)模劃分，可分為單片計(jì)算機(jī)、______、多機(jī)系統(tǒng)和巨型機(jī)。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2.什么是CISC？什么是RISC？它們有何主要區(qū)別？3.簡(jiǎn)述Cache存儲(chǔ)器的工作原理及其作用。4.簡(jiǎn)述中斷控制的基本過(guò)程。四、計(jì)算題（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程和結(jié)果。每小題10分，共20分）1.某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，Cache容量為16KB，每塊大小為32字節(jié)。主存容量為256MB，采用4字節(jié)為尋址單位。當(dāng)訪問(wèn)主存地址為HFFFE8CH時(shí)，請(qǐng)計(jì)算：a.該地址在主存中的塊號(hào)是多少？b.該地址對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)是多少？c.如果該塊在Cache中命中，請(qǐng)給出相應(yīng)的Cache地址。2.某指令流水線分為4個(gè)階段，每個(gè)階段的執(zhí)行時(shí)間均為1個(gè)時(shí)鐘周期。假設(shè)指令流水線連續(xù)執(zhí)行了100條指令，不考慮任何流水線沖突和中斷。請(qǐng)計(jì)算：a.采用流水線執(zhí)行方式，總共需要多少個(gè)時(shí)鐘周期？b.與順序執(zhí)行方式相比，流水線執(zhí)行方式節(jié)省了多少個(gè)時(shí)鐘周期？五、分析題（請(qǐng)分析并回答下列問(wèn)題。共20分）假設(shè)某計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中有以下指令（R為通用寄存器，[R]表示R寄存器的內(nèi)容，(memoryaddress)表示該地址的內(nèi)容）：*LOADR1,(R2);將主存[R2]單元內(nèi)容加載到R1*ADDR3,R1,R4;將R1和R4寄存器內(nèi)容相加，結(jié)果存入R3*STORE(R5),R3;將R3寄存器內(nèi)容存儲(chǔ)到主存[R5]單元假設(shè)程序開(kāi)始時(shí)，R1=0,R2=1000H,R3=0,R4=5,R5=2000H。主存單元內(nèi)容為：[1000H]=8,[2000H]=0。請(qǐng)分析執(zhí)行完上述三條指令后，R1、R3以及主存單元[1000H]和[2000H]的內(nèi)容分別是多少？并簡(jiǎn)要說(shuō)明程序執(zhí)行的過(guò)程。試卷答案一、選擇題1.A2.A3.D4.C5.B6.D7.A8.A9.B10.A二、填空題1.輸出設(shè)備2.03.控制沖突4.局部性5.軟件或固件6.字7.直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)8.訪問(wèn)時(shí)間9.指令規(guī)整、長(zhǎng)度固定10.小型機(jī)三、簡(jiǎn)答題1.答：馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)包括：采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令；程序存儲(chǔ)執(zhí)行，即指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在存儲(chǔ)器中，按地址順序執(zhí)行；計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；指令由操作碼和地址碼組成。2.答：CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）是指令集復(fù)雜、種類(lèi)繁多、長(zhǎng)度可變，部分指令功能復(fù)雜的多周期指令集計(jì)算機(jī)。RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）是指令集簡(jiǎn)單、種類(lèi)少、長(zhǎng)度固定，所有指令都能在單周期內(nèi)完成的基本指令集計(jì)算機(jī)。主要區(qū)別在于指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、指令種類(lèi)和長(zhǎng)度、執(zhí)行周期、硬件復(fù)雜度等方面。3.答：Cache存儲(chǔ)器的工作原理是利用其高速度和相對(duì)較小容量，存放近期頻繁訪問(wèn)的主存塊。當(dāng)CPU訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先在Cache中查找，若找到（命中），則直接從Cache讀取，速度很快；若未找到（未命中），則需從主存讀取，并將包含所需數(shù)據(jù)的塊調(diào)入Cache，同時(shí)可能需要替換掉Cache中某個(gè)塊。其作用是提高CPU訪問(wèn)主存的效率，緩解CPU與主存速度不匹配的矛盾。4.答：中斷控制的基本過(guò)程包括：中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)（如有多個(gè)中斷請(qǐng)求）、中斷響應(yīng)（CPU暫停當(dāng)前工作）、中斷隱含傳遞（形成中斷向量）、中斷處理（執(zhí)行中斷服務(wù)程序）、中斷返回（恢復(fù)中斷前的工作）。四、計(jì)算題1.答：a.主存地址HFFFE8CH，尋址單位為4字節(jié)，塊大小為32字節(jié)。塊號(hào)=HFFFE8CH/32=HFFFE8CH/8H=HFFF6CH。所以塊號(hào)是HFFF6CH。b.Cache容量16KB=4*2^10B=4*2^7*4B=2^2*2^7*2^2B=2^11*2^2B=2^13字節(jié)=8*2^10字節(jié)=8*2^7塊=8*128塊=1024塊。塊大小為32字節(jié)=2^5字節(jié)=2^2塊=4塊。所以Cache塊號(hào)=HFFFE8CH/(128*4)=HFFFE8CH/512=HFFF2CH。c.如果命中，Cache地址=塊號(hào)*塊大小=HFFF2CH*32=HFFF2CH0H。2.答：a.順序執(zhí)行100條指令，每條指令需4個(gè)周期，共需100*4=400個(gè)時(shí)鐘周期。b.流水線執(zhí)行，第一條指令需4個(gè)周期，之后每條指令只需1個(gè)周期。共需4+(100-1)*1=4+99=103個(gè)時(shí)鐘周期。c.節(jié)省時(shí)鐘周期=順序執(zhí)行周期-流水線執(zhí)行周期=400-103=297個(gè)時(shí)鐘周期。五、分析題答：執(zhí)行過(guò)程分析：1.執(zhí)行LOADR1,(R2)。R2=1000H，[1000H]=8。將8加載到R1。此時(shí)R1=8,R2=1000H,R3=0,R4=5,R5=2000H。主存[1000H]=8,[2000H]=0。2.執(zhí)行ADDR3,R1,R4。R1=8,R4=5。R3=R1+R4=8+5=13。將13存入R3。此時(shí)R1=8,R2=1000H,R3=13,R4=5,R5=2000H。主存[1000H]=8