計(jì)算機(jī)組成原理與操作系統(tǒng)考試試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在計(jì)算機(jī)中，信息最基本的單位是（）。A.位（bit）B.字節(jié)（Byte）C.字（Word）D.字節(jié)（Byte）和字（Word）都是2.計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制形式表示信息的主要原因是（）。A.二進(jìn)制運(yùn)算簡(jiǎn)單，易于物理實(shí)現(xiàn)B.二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)字，計(jì)數(shù)方便C.二進(jìn)制符合人們的計(jì)數(shù)習(xí)慣D.以上都不對(duì)3.一個(gè)8位的無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)能表示的最大十進(jìn)制數(shù)是（）。A.255B.256C.128D.1274.在計(jì)算機(jī)中，字符信息最終是以（）形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的。A.二進(jìn)制B.八進(jìn)制C.十進(jìn)制D.十六進(jìn)制5.若某計(jì)算機(jī)的主存容量為64MB，Cache容量為256KB，則Cache的容量為主存容量的（）。A.1/4B.1/256C.1/64D.4倍6.CPU中用于暫存指令的寄存器是（）。A.累加器（Acc）B.程序計(jì)數(shù)器（PC）C.指令寄存器（IR）D.地址寄存器（AR）7.在指令系統(tǒng)中，操作碼的作用是（）。A.指明操作數(shù)所在的地址B.指明進(jìn)行什么操作C.指明操作結(jié)果的存儲(chǔ)位置D.指明參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)類型8.計(jì)算機(jī)總線按傳輸信息類型可分為（）。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.物理總線、邏輯總線D.專用總線、通用總線9.下列關(guān)于中斷的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.中斷是CPU對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的異步事件做出的反應(yīng)B.中斷請(qǐng)求必須被響應(yīng)才能成為中斷C.中斷處理完成后，CPU必須返回到中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行程序D.中斷會(huì)打斷當(dāng)前程序的執(zhí)行10.在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程的基本狀態(tài)不包括（）。A.運(yùn)行狀態(tài)B.等待狀態(tài)C.創(chuàng)建狀態(tài)D.終止?fàn)顟B(tài)二、填空題（每空1分，共20分）1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大基本組成部分是：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、______和______。2.將十進(jìn)制數(shù)27轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)是______。3.計(jì)算機(jī)中常用的字符編碼標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用______位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符。4.存儲(chǔ)器按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置可分為______存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。5.Cache利用的是程序的______原理來提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。6.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)。7.指令系統(tǒng)中的指令格式通常包括操作碼字段和______字段。8.總線根據(jù)在系統(tǒng)中的位置可分為總線、______和內(nèi)部總線。9.I/O設(shè)備通常需要通過I/O接口才能與CPU和主存相連，I/O接口也稱為______。10.操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的______程序，它管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制表示信息的原因。2.什么是存儲(chǔ)器的地址？簡(jiǎn)述CPU如何通過地址訪問存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。3.什么是指令？指令通常包含哪些主要部分？4.什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)主要提供哪些功能？四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.計(jì)算機(jī)主存中有一個(gè)字（32位）存儲(chǔ)單元，其中存放的二進(jìn)制數(shù)是`1100101011001111`。請(qǐng)分別用十進(jìn)制和十六進(jìn)制表示該存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容，并說明其中低8位表示的ASCII碼字符。2.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，Cache容量為16KB，主存容量為256MB，主存按字節(jié)編址。主存地址`0x0040F0C0`的數(shù)據(jù)當(dāng)前存放在Cache中。請(qǐng)計(jì)算該主存地址對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)、Cache行號(hào)（假設(shè)塊大小為64字節(jié)），并寫出該數(shù)據(jù)在Cache中的地址（塊內(nèi)地址）。五、分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們需要共享一個(gè)臨界資源。請(qǐng)簡(jiǎn)述什么是臨界資源，并描述P1和P2如何使用信號(hào)量機(jī)制（P、V操作）實(shí)現(xiàn)對(duì)該臨界資源的互斥訪問。2.簡(jiǎn)述虛擬內(nèi)存的概念及其主要優(yōu)勢(shì)。解釋頁面置換算法中的FIFO（先進(jìn)先出）算法的基本思想。試卷答案一、選擇題1.B解析：字節(jié)（Byte）通常是計(jì)算機(jī)信息處理的基本單位，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。2.A解析：二進(jìn)制運(yùn)算簡(jiǎn)單（只有0和1，加減乘除規(guī)則簡(jiǎn)單），且易于用物理器件（如開關(guān)的通斷）實(shí)現(xiàn)，是數(shù)字電路的基礎(chǔ)。3.A解析：一個(gè)8位無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)范圍是00000000到11111111（二進(jìn)制），轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為0到255。4.A解析：計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有信息，包括字符、指令、數(shù)據(jù)等，最終都以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)和處理。5.A解析：64MB=64*1024KB=65536KB，256KB/65536KB=1/256。此處假設(shè)Cache和主存都按字節(jié)編址，單位換算為KB。6.B解析：程序計(jì)數(shù)器（PC）用于存放下一條要執(zhí)行的指令的地址。指令寄存器（IR）用于暫存正在執(zhí)行的指令。7.B解析：操作碼是指令的一部分，規(guī)定了CPU要執(zhí)行的操作類型，如加法、減法、數(shù)據(jù)傳送等。8.A解析：總線按傳輸信息類型分為數(shù)據(jù)總線（傳輸數(shù)據(jù)）、地址總線（傳輸?shù)刂罚┖涂刂瓶偩€（傳輸控制信號(hào)）。9.C解析：創(chuàng)建狀態(tài)是進(jìn)程生命周期的一個(gè)階段，進(jìn)程在被創(chuàng)建后進(jìn)入就緒狀態(tài)等待執(zhí)行，不是基本運(yùn)行狀態(tài)。10.C解析：進(jìn)程的基本狀態(tài)通常是就緒、運(yùn)行和等待（或阻塞）。創(chuàng)建狀態(tài)是進(jìn)程生命周期的階段，終止?fàn)顟B(tài)是進(jìn)程結(jié)束的生命周期階段。二、填空題1.運(yùn)算器，控制器解析：馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的五大部件是輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器。2.11011解析：十進(jìn)制27轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：27/2=13余1；13/2=6余1；6/2=3余0；3/2=1余1；1/2=0余1。倒序排列得11011。3.7解析：標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示，可以表示2^7=128個(gè)不同的字符。4.主存儲(chǔ)器（或內(nèi)存）解析：存儲(chǔ)器按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置分為主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（外存）。5.局部性解析：Cache利用程序的局部性原理，即程序在執(zhí)行時(shí)，往往會(huì)訪問同一塊數(shù)據(jù)或相鄰指令多次，將頻繁訪問的部分?jǐn)?shù)據(jù)緩存在速度更快的Cache中。6.主頻（或時(shí)鐘頻率）解析：主頻是衡量CPU速度的主要指標(biāo)，表示CPU每秒鐘可以完成的時(shí)鐘周期數(shù)，頻率越高，通常速度越快。7.操作數(shù)（或地址）解析：指令格式通常包括操作碼（指明做什么）和操作數(shù)（指明對(duì)誰做或做多少）。8.系統(tǒng)總線解析：總線按在系統(tǒng)中的位置分為系統(tǒng)總線（連接CPU、內(nèi)存、I/O接口等主要部件）和內(nèi)部總線（連接CPU內(nèi)部各寄存器、ALU等）。9.I/O接口電路（或I/O控制器）解析：I/O設(shè)備通過I/O接口與系統(tǒng)總線連接，接口電路負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換信號(hào)、管理數(shù)據(jù)傳輸和控制設(shè)備操作。10.系統(tǒng)解析：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最核心的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制表示信息的原因。解析：原因主要有三點(diǎn)：首先，二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，易于用物理器件（如開關(guān)的通斷、電平的高低）來表示和實(shí)現(xiàn)，具有穩(wěn)定性；其次，二進(jìn)制運(yùn)算法則簡(jiǎn)單，加減乘除運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)；最后，二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算（與、或、非）與布爾代數(shù)相對(duì)應(yīng)，便于進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。2.什么是存儲(chǔ)器的地址？簡(jiǎn)述CPU如何通過地址訪問存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。解析：存儲(chǔ)器的地址是指存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的唯一編號(hào)。CPU通過地址訪問存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的過程通常如下：CPU將需要訪問的數(shù)據(jù)的地址放到地址總線上，同時(shí)通過控制總線發(fā)出讀（Read）或?qū)懀╓rite）命令，然后將要讀取的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線傳送到CPU（讀操作），或者將要寫入的數(shù)據(jù)從CPU傳送到數(shù)據(jù)總線再送入存儲(chǔ)器指定地址單元（寫操作）。3.什么是指令？指令通常包含哪些主要部分？解析：指令是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和執(zhí)行的、最基本的功能單元，它規(guī)定了CPU要執(zhí)行的操作以及操作的對(duì)象（數(shù)據(jù)）。指令通常包含兩個(gè)主要部分：操作碼字段和操作數(shù)字段。操作碼字段指明指令要執(zhí)行的操作類型（如加法、減法、數(shù)據(jù)傳送、邏輯運(yùn)算等），操作數(shù)字段指明操作的對(duì)象，可以是數(shù)據(jù)本身（立即數(shù)）、數(shù)據(jù)所在的內(nèi)存地址（直接地址）、寄存器編號(hào)（寄存器尋址）或地址的計(jì)算方法（間接尋址、寄存器間接尋址等）。4.什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)主要提供哪些功能？解析：操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）是管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的系統(tǒng)軟件，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最核心的系統(tǒng)軟件，是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。操作系統(tǒng)主要提供以下功能：進(jìn)程管理（管理進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度、終止，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步與互斥，處理死鎖）；內(nèi)存管理（管理內(nèi)存資源分配與回收，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)，提供虛擬內(nèi)存）；文件管理（管理外存中的文件，實(shí)現(xiàn)文件的創(chuàng)建、刪除、讀寫、共享和保護(hù)）；設(shè)備管理（管理各種I/O設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配與回收，提供統(tǒng)一的設(shè)備訪問接口）；提供系統(tǒng)調(diào)用接口（為用戶程序提供訪問系統(tǒng)資源的接口）。四、計(jì)算題1.計(jì)算機(jī)主存中有一個(gè)字（32位）存儲(chǔ)單元，其中存放的二進(jìn)制數(shù)是`1100101011001111`。請(qǐng)分別用十進(jìn)制和十六進(jìn)制表示該存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容，并說明其中低8位表示的ASCII碼字符。解析：（1）將二進(jìn)制數(shù)`1100101011001111`轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：(1*2^30+1*2^29+0*2^28+0*2^27+1*2^26+0*2^25+1*2^24+0*2^23+1*2^22+0*2^21+0*2^20+1*2^19+1*2^18+1*2^17+1*2^16)10=(536870912+53687091+16777216+4194304+1048576+262144+65536+4096+256+16+1)10=62574835所以十進(jìn)制數(shù)為62574835。（2）將二進(jìn)制數(shù)`1100101011001111`轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：從右到左每4位分組：`1100101011001111`。每組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：`1100`->C,`1010`->A,`1100`->C,`1111`->F。所以十六進(jìn)制數(shù)為CACF。（3）低8位是`11001111`。將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：128+64+16+8+4+2+1=207。ASCII碼表中，十進(jìn)制數(shù)129到255代表非打印的控制字符，`11001111`（二進(jìn)制）或207（十進(jìn)制）不是標(biāo)準(zhǔn)的可打印ASCII字符。如果題目意圖是低8位`01111111`（假設(shè)高位補(bǔ)零），則十進(jìn)制為127，對(duì)應(yīng)的ASCII字符是DEL(Delete)。2.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，Cache容量為16KB，主存容量為256MB，主存按字節(jié)編址。主存地址`0x0040F0C0`的數(shù)據(jù)當(dāng)前存放在Cache中。請(qǐng)計(jì)算該主存地址對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)、Cache行號(hào)（假設(shè)塊大小為64字節(jié)），并寫出該數(shù)據(jù)在Cache中的地址（塊內(nèi)地址）。解析：（1）計(jì)算塊號(hào)和行號(hào)：Cache容量=16KB=16*1024Bytes=16384Bytes。塊大小=64Bytes。Cache行數(shù)=Cache容量/塊大小=16384Bytes/64Bytes=256行。主存地址=`0x0040F0C0`。由于是直接映射，主存地址可以分成兩部分：高位部分形成塊號(hào)，低位部分（塊內(nèi)地址）不變。主存地址范圍=256MB=256*1024KB=262144KB=2^28Bytes。需要找到塊號(hào)對(duì)應(yīng)的位數(shù)：塊數(shù)=256=2^8，所以塊號(hào)需要8位。主存地址的低6位是塊內(nèi)地址（因?yàn)?4Bytes=2^6Bytes）。主存地址的高位部分=`0x0040`(忽略低6位)。將高位部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：`0000000001000000`。取前8位作為塊號(hào)：`0000000001000000`->`01000000`(二進(jìn)制)=`0x40`(十六進(jìn)制)。所以塊號(hào)（也即行號(hào)）=`0x40`。塊內(nèi)地址=主存地址的低6位=`0x0C0`(十六進(jìn)制)=`000011000000`(二進(jìn)制)。（2）Cache地址：Cache地址=塊號(hào)+塊內(nèi)地址=`0x40`+`0x0C0`=`0x4C0`?；蛘撸珻ache地址的低6位是塊內(nèi)地址`0x0C0`，高位部分是塊號(hào)`0x40`。所以該數(shù)據(jù)在Cache中的地址為`0x4C0`。五、分析題1.設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，它們需要共享一個(gè)臨界資源。請(qǐng)簡(jiǎn)述什么是臨界資源，并描述P1和P2如何使用信號(hào)量機(jī)制（P、V操作）實(shí)現(xiàn)對(duì)該臨界資源的互斥訪問。解析：（1）臨界資源是指一次僅允許一個(gè)進(jìn)程訪問的共享資源，例如打印機(jī)、共享變量、互斥鎖等。臨界區(qū)是指進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼。（2）使用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)互斥訪問：-定義一個(gè)信號(hào)量S，初始值S=1。-當(dāng)進(jìn)程（如P1或P2）需要進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，執(zhí)行P(S)操作：P(S){S=S-1;if(S<0)thenP1阻塞,放入等待隊(duì)列；}-當(dāng)進(jìn)程（如P1或P2）完成臨界區(qū)訪問后，執(zhí)行V(S)操作：V(S){S=S+1;if(S<=0)then從等待隊(duì)列中喚醒一個(gè)阻塞的進(jìn)程；}-P操作（或稱wait操作）用于請(qǐng)求資源，若資源可用則減1，否則阻塞；V操作（或稱sign