2025年考研計算機《組成原理》真題解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項選擇題（每題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。請將正確選項前的字母填在答題卡相應(yīng)位置。）1.計算機中采用二進制的原因主要是因為（）。A.硬件實現(xiàn)簡單、穩(wěn)定可靠B.符合人類習慣C.可以節(jié)省存儲空間D.運算速度更快2.在計算機中，信息最常用的存儲單位字節(jié)（Byte）是（）。A.8位B.16位C.32位D.64位3.假定機器字長為8位，采用補碼表示法，則十進制數(shù)-3對應(yīng)的機器碼是（）。A.11000110B.11000101C.00111001D.001110114.某數(shù)用8位二進制補碼表示為10010110，則該數(shù)的十進制值是（）。A.+158B.-158C.+98D.-985.在定點整數(shù)運算中，采用補碼加法，若和的符號位產(chǎn)生進位，則結(jié)果的符號為（）。A.正B.負C.零D.不確定6.采用二-十進制編碼（BCD碼）的主要目的是（）。A.方便進行算術(shù)運算B.節(jié)省存儲空間C.提高運算速度D.符合人機交互習慣7.計算機內(nèi)部用于寄存中間結(jié)果或數(shù)據(jù)的部件是（）。A.運算器B.存儲器C.控制器D.寄存器8.存儲器按訪問方式可分為（）。A.隨機存取存儲器和順序存取存儲器B.只讀存儲器和隨機存取存儲器C.主存儲器和輔助存儲器D.內(nèi)存儲器和外存儲器9.Cache的作用是（）。A.用少量高速存儲器彌補主存速度慢的缺點B.用大量高速存儲器彌補主存容量小的缺點C.用少量慢速存儲器彌補主存速度快的缺點D.用大量慢速存儲器彌補主存容量大的缺點10.主存與Cache之間地址映射的方式主要有（）。A.直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射B.按地址映射、按內(nèi)容映射、按塊映射C.隨機映射、順序映射、混合映射D.順序映射、直接映射、組相聯(lián)映射二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）11.計算機系統(tǒng)中，信息表示和運算的基礎(chǔ)是__________。12.在計算機內(nèi)部，信息通常是以__________形式進行存儲和處理的。13.補碼表示法的優(yōu)點之一是可以將減法運算轉(zhuǎn)換為__________運算。14.假定某計算機主存容量為4GB，其中1GB=2^30字節(jié)，則該主存的字節(jié)數(shù)是__________。15.Cache中存放的是主存中__________信息的副本。16.CPU主要由運算器、控制器和__________組成。17.指令周期通常由__________、取操作數(shù)和執(zhí)行操作數(shù)三個階段組成。18.在指令流水線中，為了解決結(jié)構(gòu)冒險，常采用__________技術(shù)。19.總線按傳輸信息類型可分為數(shù)據(jù)總線、__________和地址總線。20.I/O接口是CPU與I/O設(shè)備之間進行__________的橋梁。三、簡答題（每題5分，共20分。請將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）21.簡述原碼、反碼和補碼三種數(shù)值表示法中，哪一種表示法具有唯一的零，以及它在進行加減運算時各自的優(yōu)缺點。22.什么是存儲器的層次結(jié)構(gòu)？構(gòu)建存儲器層次結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)是什么？23.簡述Cache的基本工作原理。Cache系統(tǒng)中，什么情況下會發(fā)生Cache未命中（Miss）？24.CPU控制器是如何產(chǎn)生指令地址的？簡述中斷響應(yīng)過程的主要步驟。四、計算題（每題10分，共20分。請將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）25.某計算機Cache采用直接映射方式，其容量為16KB，每塊大小為128字節(jié)。主存容量為1MB，采用4位組內(nèi)全相聯(lián)映射方式。若訪問主存地址為HFFC6A8（假設(shè)主存地址用16位十六進制表示），請計算該地址對應(yīng)的Cache塊號、組號（若采用組相聯(lián)映射）以及主存塊號，并說明此次訪問是Cache命中還是未命中（假設(shè)Cache初始為空，未命中時需說明是何種未命中）。請給出計算過程。26.某計算機指令流水線分為四個階段：IF（取指令）、ID（指令譯碼）、EX（執(zhí)行）、WB（寫回結(jié)果），每個階段耗時均為1個時鐘周期。假設(shè)流水線運行過程中無任何中斷和氣泡。若執(zhí)行5條獨立的指令，請計算執(zhí)行完這5條指令所需的總時鐘周期數(shù)，并簡述流水線執(zhí)行過程。五、綜合題（每題15分，共30分。請將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）27.簡述指令流水線的基本概念和主要性能指標（如吞吐率、周轉(zhuǎn)時間）。分析流水線執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的三種基本冒險（結(jié)構(gòu)冒險、數(shù)據(jù)冒險、控制冒險），并分別提出一種常見的解決方案。28.總線是計算機各部件之間傳送信息的公共通路。簡述總線仲裁的基本概念和目的。在總線爭用中，常見的仲裁策略有哪些？請簡述其中一種策略的工作過程。---試卷答案一、單項選擇題1.A2.A3.A4.D5.B6.A7.D8.A9.A10.A二、填空題11.二進制12.二進制13.加法14.4,294,967,29615.最頻繁訪問16.寄存器17.指令獲?。ɑ蛉≈福?8.指令暫停（或插入氣泡）19.控制總線20.信息傳輸三、簡答題21.補碼具有唯一的零。原碼存在正零和負零，運算時符號位參與運算，規(guī)則復雜。反碼也存在正零和負零，運算時符號位也參與運算，規(guī)則復雜。補碼運算時符號位不參與運算，可實現(xiàn)加減法統(tǒng)一，規(guī)則簡單。22.存儲器層次結(jié)構(gòu)是將不同速度、不同容量、不同成本的存儲器組合起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的存儲系統(tǒng)。構(gòu)建依據(jù)主要是速度匹配（滿足各部件對速度的要求）和成本效益（用較高成本的高速存儲器存放頻繁使用的數(shù)據(jù)，用較低成本的慢速存儲器存放不常用的數(shù)據(jù)）。23.Cache基本工作原理：當CPU訪問內(nèi)存時，系統(tǒng)首先檢查Cache中是否有所需數(shù)據(jù)（塊）。若有（Cache命中），則直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)，速度很快；若沒有（Cache未命中），則需要從主存中讀取所需數(shù)據(jù)塊，并將其調(diào)入Cache，然后才提供給CPU。Cache未命中通常分為compulsorymiss（compulsorymiss，首次訪問或所需塊不在Cache中）、capacitymiss（容量未命中，Cache已滿但所需塊未命中）和沖突未命中（沖突未命中，所需塊的位置已被占用且未命中）。24.CPU控制器通過程序計數(shù)器（PC）產(chǎn)生下一條指令的地址。中斷響應(yīng)過程主要步驟：①中斷請求產(chǎn)生；②中斷判優(yōu)（如果有多個中斷請求）；③響應(yīng)中斷（保存當前指令執(zhí)行狀態(tài)，如PC和PSW，并向中斷源發(fā)出響應(yīng)信號）；④保護現(xiàn)場（將當前程序的相關(guān)信息保存到堆棧）；⑤轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序（根據(jù)中斷向量找到中斷服務(wù)程序的入口地址，并修改PC指向該地址）；⑥中斷服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序）；⑦恢復現(xiàn)場（恢復之前保存的信息）；⑧中斷返回（執(zhí)行中斷返回指令，返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行）。四、計算題25.計算過程：1.主存地址分析：HFFC6A8。地址總線條數(shù)=log2(1MB)=log2(2^20)=20位。塊大小=128B=2^7B。主存塊號=HFFC6A8>>7=HFFC6。2.Cache地址分析：Cache容量=16KB=2^14B。Cache塊大小=128B=2^7B。Cache地址總線條數(shù)（塊內(nèi)）=log2(128B)=log2(2^7)=7位。Cache總塊數(shù)=Cache容量/塊大小=2^14B/2^7B=2^7=128塊。Cache塊號=HFFC6A8>>14=HFC6。3.映射方式計算：*直接映射：主存塊號=Cache塊號。即主存塊號HFFC6映射到Cache塊號HFC6。因為Cache初始為空，所以該次訪問是未命中（CompulsoryMiss）。*組相聯(lián)映射：主存地址=組號（組內(nèi)全相聯(lián)）+組內(nèi)塊號。主存塊號HFFC6=組號+組內(nèi)塊號。由于是4位組內(nèi)全相聯(lián)，組號占4位，組內(nèi)塊號占7位。組號=HFFC6&0xF0=HFC0。組內(nèi)塊號=HFFC6&0x0F=H6。所以主存塊號HFFC6映射到Cache組號HFC0，組內(nèi)塊號H6。因為Cache初始為空，所以該次訪問是未命中（CompulsoryMiss）。結(jié)果：直接映射Cache塊號為HFC6，組相聯(lián)映射組號為HFC0，組內(nèi)塊號為H6。此次訪問在兩種映射方式下均為未命中。26.計算：1.無流水線執(zhí)行5條指令需5*4=20個時鐘周期。2.開啟流水線，第一條指令執(zhí)行時間為4個周期。后續(xù)每條指令進入流水線后，每1個周期即可完成。所以，第2條指令在第4周期末完成，第3條指令在第5周期末完成，第4條指令在第6周期末完成，第5條指令在第7周期末完成。3.總共需要7個時鐘周期即可完成5條指令。流水線執(zhí)行過程簡述：指令0進入IF階段；指令1進入IF階段。指令0進入ID階段，指令1進入EX階段。指令0進入EX階段，指令2進入IF階段。指令0進入WB階段，指令1進入WB階段，指令2進入ID階段。指令3進入IF階段。指令1完成。指令2進入EX階段，指令3進入EX階段。指令0完成。指令4進入IF階段。指令2進入WB階段，指令3進入WB階段，指令4進入ID階段。指令2完成。指令4進入EX階段。指令3完成。指令4進入WB階段。指令4完成。指令流水線在時鐘周期7末完成了所有5條指令。五、綜合題27.指令流水線基本概念：指令流水線是一種將指令執(zhí)行過程分解為多個相互獨立的階段，并讓多條指令在時間上重疊執(zhí)行的技術(shù)，以提高指令吞吐率。主要性能指標：*吞吐率（Throughput）：單位時間內(nèi)流水線輸出的指令數(shù)量，單位通常是條/秒。*周轉(zhuǎn)時間（CycleTime/TurnaroundTime）：從開始取指令到指令完成所需的時間，單位通常是時鐘周期數(shù)?；久半U及解決方案：*結(jié)構(gòu)冒險（StructuralHazard）：由于硬件資源沖突導致指令無法按順序執(zhí)行。解決方案：增加硬件資源（如多路數(shù)據(jù)通路）或引入指令暫停（Bubbles/Stalls），讓發(fā)生沖突的指令等待資源。*數(shù)據(jù)冒險（DataHazard）：后續(xù)指令需要用到前面指令尚未計算完成的結(jié)果，導致無法按順序執(zhí)行。解決方案：采用數(shù)據(jù)前遞（DataForwarding/Bypassing）技術(shù)，將結(jié)果直接傳遞給后續(xù)指令；或采用指令暫停（Bubbles/Stalls），等待結(jié)果準備好。*控制冒險（ControlHazard）：由于分支或跳轉(zhuǎn)指令，導致后續(xù)指令的地址不確定，無法提前取指令。解決方案：采用分支預測（BranchPrediction）技術(shù)（如靜態(tài)預測、動態(tài)預測）來猜測下一條指令地址，提前取指令；或采用延遲分支（DelayedBranch）技術(shù)，先執(zhí)行后續(xù)指令。28.總線仲裁基本概念與目的：當多個設(shè)備同時請求使用總線時，需要一個總線控制器（BusController）或仲裁器來決定哪個設(shè)備能優(yōu)先使用總線。目的是解決總線資源的爭用，確保總線上只有一個設(shè)備能在任意時刻進行數(shù)據(jù)傳輸，避免總線沖突和數(shù)據(jù)損壞。常見仲裁策略：*集中式仲裁：仲裁器集中控制，所有設(shè)備通過仲裁線連接到仲裁器。仲裁器根據(jù)預設(shè)規(guī)則（如優(yōu)先級）或設(shè)備請求來決定總線使用權(quán)。工作過程簡述：所有設(shè)備同時發(fā)出總線請求信號到仲裁器。仲裁器根據(jù)優(yōu)先級邏輯判斷哪個請求優(yōu)先級最