2025年國(guó)家開(kāi)放大學(xué)電大本科《計(jì)算機(jī)組成原理》期末試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每小題2分，共20分）1.完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括（）。A.運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器B.外部設(shè)備和主機(jī)C.主機(jī)和實(shí)用程序D.配套的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)答案：D解析：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，硬件是基礎(chǔ)，軟件是發(fā)揮計(jì)算機(jī)功能的關(guān)鍵，二者缺一不可，所以完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括配套的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)。2.計(jì)算機(jī)中表示地址時(shí)使用（）。A.無(wú)符號(hào)數(shù)B.原碼C.反碼D.補(bǔ)碼答案：A解析：地址是用來(lái)標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，不需要表示正負(fù)，所以使用無(wú)符號(hào)數(shù)來(lái)表示。3.某機(jī)字長(zhǎng)32位，其中1位符號(hào)位，31位表示尾數(shù)。若用定點(diǎn)小數(shù)表示，則最大正小數(shù)為（）。A.+（1-2^(-32)）B.+（1-2^(-31)）C.2^(-32)D.2^(-31)答案：B解析：對(duì)于定點(diǎn)小數(shù)，符號(hào)位為0表示正數(shù)。尾數(shù)部分全為1時(shí)表示的數(shù)值最大，此時(shí)數(shù)值為1-2^(-31)，所以最大正小數(shù)為+（1-2^(-31)）。4.某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，其存儲(chǔ)容量為2MB，若按字編址，它的尋址范圍是（）。A.0-8MB.0-1MC.0-512KD.0-256K答案：C解析：首先將存儲(chǔ)容量2MB換算成字節(jié)，2MB=22^20B。因?yàn)樽珠L(zhǎng)為16位，即2字節(jié)，所以按字編址的存儲(chǔ)單元數(shù)為(22^20B)/2B=2^20個(gè)，2^20等于1M，但題目問(wèn)的是尋址范圍，其范圍是0到2^20-1，也就是0到512K（因?yàn)?K=2^10，512K=2^92^10=2^19，2^20個(gè)單元的尋址范圍上限是2^20-1，接近512K）。5.相聯(lián)存儲(chǔ)器是按（）進(jìn)行尋址的存儲(chǔ)器。A.地址方式B.堆棧方式C.內(nèi)容指定方式D.地址方式與堆棧方式答案：C解析：相聯(lián)存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是按內(nèi)容指定方式進(jìn)行尋址，它可以根據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)容來(lái)查找匹配的存儲(chǔ)單元，而不是像普通存儲(chǔ)器那樣按地址尋址。6.以下不屬于控制器組成部件的是（）。A.指令寄存器B.程序計(jì)數(shù)器C.算術(shù)邏輯單元D.指令譯碼器答案：C解析：控制器主要由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令譯碼器等組成，用于控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。而算術(shù)邏輯單元是運(yùn)算器的核心部件，主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，不屬于控制器的組成部件。7.同步控制是（）。A.只適用于CPU控制的方式B.只適用于外圍設(shè)備控制的方式C.由統(tǒng)一時(shí)序信號(hào)控制的方式D.所有指令執(zhí)行時(shí)間都相同的方式答案：C解析：同步控制是指由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)來(lái)控制計(jì)算機(jī)各部件的操作，使各部件的工作在時(shí)間上同步協(xié)調(diào)。它既適用于CPU控制，也適用于外圍設(shè)備控制，而且不同指令的執(zhí)行時(shí)間不一定相同。8.微程序控制器中，機(jī)器指令與微指令的關(guān)系是（）。A.每一條機(jī)器指令由一條微指令來(lái)執(zhí)行B.每一條機(jī)器指令由一段用微指令編成的微程序來(lái)解釋執(zhí)行C.一段機(jī)器指令組成的程序可由一條微指令來(lái)執(zhí)行D.一條微指令由若干條機(jī)器指令組成答案：B解析：在微程序控制器中，一條機(jī)器指令的功能是通過(guò)一段由微指令編成的微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即每一條機(jī)器指令由一段用微指令編成的微程序來(lái)解釋執(zhí)行。9.下列關(guān)于總線的敘述中，正確的是（）。A.總線是連接計(jì)算機(jī)各部件的一根公共信號(hào)線B.總線是計(jì)算機(jī)中傳送信息的公共通路C.微機(jī)的總線包括數(shù)據(jù)總線、控制總線和局部總線D.在計(jì)算機(jī)中，總線可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與多種設(shè)備之間的串行傳送答案：B解析：總線是計(jì)算機(jī)中傳送信息的公共通路，它由一組導(dǎo)線和相關(guān)控制電路組成，不是一根公共信號(hào)線。微機(jī)的總線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。總線可以實(shí)現(xiàn)并行傳送，也可以實(shí)現(xiàn)串行傳送，但說(shuō)總線可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與多種設(shè)備之間的串行傳送表述不準(zhǔn)確，它主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)各部件之間的信息傳送。10.在獨(dú)立編址方式下，存儲(chǔ)單元和I/O設(shè)備是靠（）來(lái)區(qū)分的。A.不同的地址代碼B.不同的地址總線C.不同的指令或不同的控制信號(hào)D.上述都不對(duì)答案：C解析：在獨(dú)立編址方式下，存儲(chǔ)單元和I/O設(shè)備有各自獨(dú)立的地址空間，通過(guò)不同的指令或不同的控制信號(hào)來(lái)區(qū)分對(duì)存儲(chǔ)單元的訪問(wèn)和對(duì)I/O設(shè)備的訪問(wèn)。二、填空題（每空2分，共20分）1.計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、______、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。答案：存儲(chǔ)器解析：這是計(jì)算機(jī)硬件的基本組成結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。2.已知[x]補(bǔ)=1.1011，則[x]原=______。答案：1.0101解析：對(duì)于負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求原碼，符號(hào)位不變，數(shù)值位取反加1。補(bǔ)碼1.1011符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)，數(shù)值位1011取反得0100，再加1得0101，所以原碼為1.0101。3.某計(jì)算機(jī)的主存為3KB，則內(nèi)存地址寄存器需______位就足夠了。答案：12解析：主存容量為3KB，換算成字節(jié)為32^10B。因?yàn)?^12=4096，2^11=2048，3KB接近4KB，所以需要12位地址來(lái)表示3KB的存儲(chǔ)單元。4.半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器靠______存儲(chǔ)信息，半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器靠______存儲(chǔ)信息。答案：觸發(fā)器；電容解析：半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）利用觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)信息，只要電源正常，信息就不會(huì)丟失。半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）靠電容存儲(chǔ)電荷來(lái)表示信息，由于電容會(huì)漏電，所以需要定期刷新。5.指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件所能執(zhí)行的______的集合。答案：全部指令解析：指令系統(tǒng)定義了計(jì)算機(jī)硬件能夠執(zhí)行的所有指令的集合，它反映了計(jì)算機(jī)的基本功能。6.微程序控制器主要由控制存儲(chǔ)器、______和微地址形成部件等組成。答案：微指令寄存器解析：微程序控制器的主要組成部分包括控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器和微地址形成部件等。控制存儲(chǔ)器用于存放微程序，微指令寄存器用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令。7.總線仲裁部件通過(guò)采用______策略或______策略，選擇其中一個(gè)主設(shè)備作為總線的下次主方，接管總線控制權(quán)。答案：優(yōu)先級(jí)；公平解析：總線仲裁部件在多個(gè)主設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)總線控制權(quán)時(shí)，通過(guò)優(yōu)先級(jí)策略，優(yōu)先選擇優(yōu)先級(jí)高的主設(shè)備；或者采用公平策略，保證各個(gè)主設(shè)備有公平的機(jī)會(huì)獲得總線控制權(quán)。8.在I/O控制方式中，主要由程序?qū)崿F(xiàn)的控制方式是______。答案：程序查詢(xún)方式解析：程序查詢(xún)方式是通過(guò)程序不斷查詢(xún)I/O設(shè)備的狀態(tài)，以確定是否可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，主要由程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O設(shè)備的控制。三、簡(jiǎn)答題（每小題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)的基本工作原理。答：計(jì)算機(jī)的基本工作原理基于馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾個(gè)方面：-存儲(chǔ)程序原理：將解題的程序（指令序列）和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠自動(dòng)、連續(xù)地從存儲(chǔ)器中取出指令并執(zhí)行。-指令執(zhí)行過(guò)程：計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是不斷地取指令、分析指令和執(zhí)行指令的過(guò)程。首先，程序計(jì)數(shù)器（PC）指向存儲(chǔ)器中存放的第一條指令的地址，控制器根據(jù)該地址從存儲(chǔ)器中取出指令，放入指令寄存器（IR）。然后，指令譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼，分析指令的操作碼和操作數(shù)地址。最后，根據(jù)譯碼結(jié)果，控制器發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，指揮運(yùn)算器、存儲(chǔ)器等部件完成指令規(guī)定的操作。執(zhí)行完一條指令后，PC自動(dòng)加1，指向下一條指令的地址，重復(fù)上述過(guò)程，直到程序執(zhí)行完畢。2.說(shuō)明Cache的工作原理。答：Cache即高速緩沖存儲(chǔ)器，其工作原理基于程序訪問(wèn)的局部性原理，包括時(shí)間局部性和空間局部性。-時(shí)間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)，那么在不久的將來(lái)它很可能再次被訪問(wèn)。-空間局部性：如果一個(gè)存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)，那么與它相鄰的存儲(chǔ)單元也很可能在不久的將來(lái)被訪問(wèn)。Cache位于CPU和主存之間，容量較小但速度很快。當(dāng)CPU要訪問(wèn)主存中的數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)在Cache中查找。如果數(shù)據(jù)在Cache中（命中），則直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)給CPU，大大提高了訪問(wèn)速度。如果數(shù)據(jù)不在Cache中（未命中），則從主存中讀取包含該數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并將該數(shù)據(jù)塊同時(shí)復(fù)制到Cache中，以便后續(xù)可能的再次訪問(wèn)。Cache的命中率是衡量其性能的重要指標(biāo)，命中率越高，說(shuō)明Cache發(fā)揮的作用越大，系統(tǒng)的整體性能就越好。3.簡(jiǎn)述I/O接口的主要功能。答：I/O接口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行信息交換的橋梁，主要具有以下功能：-數(shù)據(jù)緩沖：I/O設(shè)備的工作速度通常與CPU相差很大，通過(guò)在接口中設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖寄存器，可以協(xié)調(diào)兩者之間的速度差異，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。例如，當(dāng)CPU向I/O設(shè)備輸出數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)存入緩沖寄存器，I/O設(shè)備再?gòu)木彌_寄存器中讀取數(shù)據(jù)，避免了因速度不匹配而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。-信號(hào)轉(zhuǎn)換：計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用的是數(shù)字信號(hào)，而不同的I/O設(shè)備可能使用不同的信號(hào)形式，如模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等。I/O接口需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，將計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為I/O設(shè)備能夠識(shí)別的信號(hào)，或者將I/O設(shè)備的信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。-設(shè)備選擇：一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常連接多個(gè)I/O設(shè)備，I/O接口通過(guò)地址譯碼等方式，根據(jù)CPU發(fā)出的地址信號(hào)選擇要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的具體I/O設(shè)備。-中斷管理：當(dāng)I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸或出現(xiàn)異常情況時(shí)，I/O接口可以向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，通知CPU進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備的并行工作，提高系統(tǒng)的效率。-數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：不同的I/O設(shè)備可能采用不同的數(shù)據(jù)格式，如串行數(shù)據(jù)格式和并行數(shù)據(jù)格式。I/O接口需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，以滿足雙方的要求。四、計(jì)算題（每小題15分，共30分）1.已知x=-0.1011，y=0.1101，用補(bǔ)碼一位乘法（Booth算法）計(jì)算xy。解：-首先求x和y的補(bǔ)碼：-[x]補(bǔ)=1.0101，[y]補(bǔ)=0.1101，附加位y(n+1)=0。-初始化：部分積寄存器P=0.0000，乘數(shù)寄存器Y=0.1101，附加位y(n+1)=0。-循環(huán)過(guò)程：-第一次循環(huán)：-y(n)y(n+1)=10，P=P+[x]補(bǔ)=0.0000+1.0101=1.0101，然后右移一位得P=1.1010，Y=0.0110。-第二次循環(huán)：-y(n)y(n+1)=01，P=P+[-x]補(bǔ)，[-x]補(bǔ)=0.1011，P=1.1010+0.1011=0.0101，然后右移一位得P=0.0010，Y=0.0011。-第三次循環(huán)：-y(n)y(n+1)=11，P右移一位得P=0.0001，Y=0.0001。-第四次循環(huán)：-y(n)y(n+1)=01，P=P+[-x]補(bǔ)=0.0001+0.1011=0.1100，然后右移一位得P=0.0110，Y=0.0000。-最終結(jié)果：[xy]補(bǔ)=1.00111101，所以xy=-0.11000011。2.設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每塊有8個(gè)字，每個(gè)字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內(nèi)共有4個(gè)塊）的Cache組織。解：-計(jì)算相關(guān)參數(shù)：-主存容量為4MB=2^22B，Cache容量為16KB=2^14B。-每塊有8個(gè)字，每個(gè)字32位（4B），所以每塊大小為84B=32B=2^5B。-Cache共有塊數(shù)：16KB/32B=2^14B/2^5B=2^9塊。-因?yàn)槭撬穆方M相聯(lián)映射，每組有4塊，所以Cache組數(shù)