2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫——計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制形式存儲在存儲器中，并由運(yùn)算器進(jìn)行加工。以下哪一項(xiàng)不屬于其核心思想？A.程序存儲B.指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲C.按存儲地址訪問D.采用微程序控制2.計(jì)算機(jī)內(nèi)部用于表示信息的最小單位是？A.字節(jié)（Byte）B.字（Word）C.位（Bit）D.字節(jié)或字（取決于具體計(jì)算機(jī)）3.在計(jì)算機(jī)中，采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法的主要目的是？A.簡化加減法運(yùn)算邏輯B.增加信息表示密度C.方便邏輯運(yùn)算D.提高存儲器利用率4.CPU中，用于暫存指令代碼的寄存器是？A.累加器（Accumulator）B.程序計(jì)數(shù)器（PC）C.指令寄存器（IR）D.地址寄存器（AR）5.下列存儲器中，屬于易失性存儲器的是？A.RAMB.ROMC.硬盤（HDD）D.U盤（USBFlashDrive）6.Cache存儲器是為了解決CPU與主存之間速度不匹配問題而引入的。它的工作原理主要是基于？A.最少使用原則（LRU）B.最先使用原則（FIFO）C.隨機(jī)替換原則D.直接映射方式7.計(jì)算機(jī)總線按傳輸信息類型可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。其中，用于傳遞數(shù)據(jù)信息的是？A.數(shù)據(jù)總線B.地址總線C.控制總線D.信號總線8.在總線結(jié)構(gòu)中，多個設(shè)備共享同一組總線進(jìn)行通信，若設(shè)備同時請求使用總線，則需要總線仲裁機(jī)制來解決。以下哪種方式不屬于常見的總線仲裁策略？A.鏈?zhǔn)讲樵傿.計(jì)時器查詢C.獨(dú)立請求D.集中式仲裁9.I/O設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，若傳輸速率較高且不希望CPU過多參與數(shù)據(jù)拷貝過程，通常采用哪種方式？A.程序查詢方式B.中斷方式C.直接存儲器訪問（DMA）D.I/O通道方式10.下列哪種技術(shù)/設(shè)備不屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出系統(tǒng)范疇？A.硬盤驅(qū)動器B.顯示器C.鍵盤D.CPU緩存二、填空題（每空1分，共15分）1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)按功能劃分，通常可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、______、______和總線五大部分。2.CPU的主要性能指標(biāo)之一是______，它表示CPU每秒能執(zhí)行的指令數(shù)。3.在存儲器層次結(jié)構(gòu)中，Cache位于CPU和______之間，硬盤（或SSD）位于______和______之間。4.總線寬度（位）決定了每次數(shù)據(jù)傳輸?shù)腳_____，直接影響總線帶寬。5.Cache與主存之間的映射方式主要有直接映射、全相聯(lián)映射和______三種。6.中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中，出現(xiàn)某些意外事件，CPU暫停當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)而去處理該事件，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。引發(fā)中斷的事件稱為______。7.I/O接口是CPU與I/O設(shè)備之間的______，它需要具備CPU總線與I/O設(shè)備接口之間的______功能。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述指令執(zhí)行周期的主要階段。2.什么是總線周期？它通常包含哪些步驟？3.簡述RAM和ROM在性能、用途和可變性方面的主要區(qū)別。4.解釋什么是I/O端口？CPU如何訪問I/O端口？四、計(jì)算題（每題5分，共10分）1.某計(jì)算機(jī)的CPU主頻為3.0GHz，其數(shù)據(jù)總線寬度為64位，地址總線寬度為32位。求該計(jì)算機(jī)的最大主存容量和理論上的最大總線帶寬（不考慮其他因素）。2.假設(shè)某Cache采用直接映射方式，其容量為16KB，每個主存塊大小為32字節(jié)。當(dāng)CPU訪問主存地址0x0000F8H時，該地址在主存塊內(nèi)的偏移地址是多少？該主存塊在Cache中的映射編號是多少？五、綜合應(yīng)用題（每題10分，共20分）1.簡述CPU、主存、總線、I/O接口和I/O設(shè)備之間通過總線進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸（如主存讀數(shù)據(jù)到CPU）大致需要經(jīng)過哪些環(huán)節(jié)？請說明各環(huán)節(jié)涉及的主要部件及其作用。2.假設(shè)需要設(shè)計(jì)一個簡單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要選擇CPU、主存和總線。請簡述在選擇這些部件時，需要考慮哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)（至少列舉4項(xiàng)），并說明這些指標(biāo)對系統(tǒng)整體性能的影響。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.A4.C5.A6.A7.A8.D9.C10.D二、填空題1.運(yùn)算器，控制器2.主頻3.主存，輔存4.數(shù)據(jù)量5.組相聯(lián)映射6.中斷請求7.界面，地址譯碼三、簡答題1.解析思路：指令執(zhí)行周期是CPU獲取、譯碼并執(zhí)行一條指令所需的時間。通常包括取指階段（IF）、譯碼階段（ID）、執(zhí)行階段（EX）、訪存階段（MEM，若需要）和寫回階段（WB）。需要按順序簡述各階段的主要任務(wù)。2.解析思路：總線周期是CPU通過總線完成一次傳輸（如讀或?qū)懸粋€字/字節(jié)）所需的時間。通常包括總線請求、總線授權(quán)、地址傳送、數(shù)據(jù)傳送（讀或?qū)懀┖涂偩€釋放等步驟。需要按順序簡述各步驟。3.解析思路：RAM（隨機(jī)存取存儲器）是易失性存儲器，斷電數(shù)據(jù)丟失，速度快，價格高，主要用于主存。ROM（只讀存儲器）是非易失性存儲器，斷電數(shù)據(jù)不丟失，速度慢，價格低，主要用于存儲固件。關(guān)鍵區(qū)別在于是否易失、速度、價格和用途。4.解析思路：I/O端口是CPU與I/O設(shè)備之間進(jìn)行信息交換的接口地址。CPU通過訪問特定的I/O端口地址，可以發(fā)送控制信號、讀取狀態(tài)信息或傳輸數(shù)據(jù)。通常通過IN/OUT指令或內(nèi)存映射I/O方式訪問。四、計(jì)算題1.解析思路：*主存容量：地址總線寬度為32位，則可尋址空間為2^32個地址。假設(shè)存儲器字長（或單位地址大?。?字節(jié)，則最大容量為2^32字節(jié)=4GB。*總線帶寬：CPU主頻為3.0GHz=3.0*10^9Hz。數(shù)據(jù)總線寬度為64位=8字節(jié)。理論最大帶寬=主頻*數(shù)據(jù)總線寬度=(3.0*10^9Hz)*(8字節(jié))=24GB/s。2.解析思路：*偏移地址：主存地址0x0000F8H=0x000F8。直接映射方式下，地址按塊劃分。塊大小為32字節(jié)，即256位或2^8位。將地址的低8位作為塊內(nèi)偏移地址。0x000F8的低8位是0x08，即偏移地址為8字節(jié)。*映射編號：將地址的低8位（塊內(nèi)偏移）去掉，剩下的部分就是塊號。0x000F8去掉低8位得到0x0000。將此塊號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：0x0000=0。因此映射編號為0。五、綜合應(yīng)用題1.解析思路：主存讀數(shù)據(jù)到CPU的過程大致如下：*CPU通過地址總線發(fā)出要讀取的主存單元地址，并通過控制總線發(fā)出讀命令。*地址經(jīng)過總線上的地址譯碼器（可能集成在CPU或北橋芯片），選中對應(yīng)的主存塊。*CPU通過數(shù)據(jù)總線發(fā)出讀請求信號。*選中的主存塊將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。*總線上的總線控制器（或相關(guān)邏輯）接收數(shù)據(jù)，并控制數(shù)據(jù)從主存流向CPU。*數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)入CPU的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器（如數(shù)據(jù)總線寄存器DBR或直接進(jìn)入累加器等）。*CPU接收數(shù)據(jù)，完成讀操作。*相關(guān)部件：CPU（發(fā)地址、命令、收數(shù)據(jù)），地址總線，控制總線，數(shù)據(jù)總線，主存（選中和提供數(shù)據(jù)），地址譯碼器，總線控制器。2.解析思路：*關(guān)鍵性能指標(biāo)：1.CPU主頻：決定了CPU執(zhí)行指令的速度，頻率越高，通常計(jì)算越快。2.主存容量：決定了系統(tǒng)能同時存儲的程序和數(shù)據(jù)量，容量越大，能運(yùn)行的程序規(guī)模越大。3.總線帶寬：決定了CPU與主存、CPU與I/O設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，帶寬越高，?shù)據(jù)傳輸越快，瓶頸越小。4.Cache容量和速度：Cache是CPU和主存之間的橋梁，容量越大、速度越快，能減少CPU等待主存的時間，顯著提升系統(tǒng)性能。5.I/O設(shè)備性能：如硬盤的轉(zhuǎn)速和接口速度（SATA/NVMe）、網(wǎng)絡(luò)接口卡的速度等，直接影響數(shù)據(jù)輸入輸出