2025計(jì)算機(jī)考研組成原理專項(xiàng)訓(xùn)練卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)之一是（）。A.程序存儲(chǔ)執(zhí)行B.采用二進(jìn)制表示C.指令和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)D.硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜2.將十進(jìn)制數(shù)-27轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示是（）。A.11001B.101101C.001101D.1000103.在計(jì)算機(jī)中，采用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算的主要目的是（）。A.簡(jiǎn)化運(yùn)算電路設(shè)計(jì)B.提高運(yùn)算速度C.解決負(fù)數(shù)表示問題D.擴(kuò)展寄存器位數(shù)4.下列關(guān)于原碼、反碼、補(bǔ)碼的描述中，正確的是（）。A.原碼和補(bǔ)碼都能唯一表示零B.反碼和補(bǔ)碼在運(yùn)算時(shí)可能需要加1修正C.原碼的表示范圍最大D.補(bǔ)碼適合進(jìn)行邏輯運(yùn)算5.半加器是指能實(shí)現(xiàn)（）功能的邏輯電路。A.將兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，不考慮進(jìn)位B.將兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，并產(chǎn)生進(jìn)位C.將兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相減，不考慮借位D.將兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相減，并產(chǎn)生借位6.在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，Cache的作用是（）。A.容量最大的主存儲(chǔ)器B.容量最小的主存儲(chǔ)器C.提高主存訪問速度的緩沖存儲(chǔ)器D.用于永久存儲(chǔ)操作系統(tǒng)7.采用直接映射方式將主存地址A[15:0]映射到4路組相聯(lián)的Cache，每行128字，則Cache的地址應(yīng)分為（）部分。A.標(biāo)志、組號(hào)、塊內(nèi)地址B.標(biāo)志、行號(hào)、塊內(nèi)地址C.頁號(hào)、組號(hào)、塊內(nèi)地址D.段號(hào)、組號(hào)、塊內(nèi)地址8.在Cache的4種替換算法中，能夠保證在當(dāng)前訪問的塊不在Cache中時(shí)，總是替換掉最近最少使用塊的是（）。A.先進(jìn)先出（FIFO）B.最近最少使用（LRU）C.隨機(jī)替換D.最不常用（LFU）9.虛擬存儲(chǔ)器的主要目的是（）。A.實(shí)現(xiàn)主存和輔存之間的數(shù)據(jù)備份B.擴(kuò)大輔存的存儲(chǔ)容量C.允許程序使用比實(shí)際主存更大的地址空間D.提高主存的讀寫速度10.CPU的主要功能是（）。A.存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)B.輸入和輸出數(shù)據(jù)C.控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件工作D.執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算11.在CPU的數(shù)據(jù)通路中，累加器主要用于（）。A.存儲(chǔ)程序計(jì)數(shù)器B.存儲(chǔ)指令操作數(shù)C.存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果或中間結(jié)果D.發(fā)送控制信號(hào)12.指令周期通常由（）個(gè)時(shí)鐘周期（T狀態(tài)）組成。A.1B.2C.3D.413.中斷是指（）。A.CPU執(zhí)行指令過程中遇到錯(cuò)誤B.外部設(shè)備請(qǐng)求CPU服務(wù)C.程序執(zhí)行過程中需要暫停當(dāng)前任務(wù)D.CPU執(zhí)行完一條指令后自動(dòng)執(zhí)行的下一條指令14.總線系統(tǒng)中，用于傳輸?shù)刂沸畔⒌目偩€是（）。A.數(shù)據(jù)總線B.控制總線C.地址總線D.信號(hào)總線15.I/O接口位于（）之間。A.CPU和主存B.主存和輔存C.CPU和I/O設(shè)備D.I/O設(shè)備和電源二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大基本部件是運(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，-1的二進(jìn)制補(bǔ)碼是______。3.奇偶校驗(yàn)碼是一種簡(jiǎn)單的______校驗(yàn)方法。4.一個(gè)4位全加器能產(chǎn)生兩位輸出，分別是和輸出S和______輸出C。5.Cache與主存之間常采用______映像方式或組相聯(lián)映像方式。6.虛擬存儲(chǔ)器需要輔存和主存配合工作，其管理單元通常集成在______中。7.CPU執(zhí)行指令的過程通常分為取指、譯碼和______三個(gè)階段。8.中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)先送到中斷控制器，由中斷控制器進(jìn)行______，并向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。9.總線按傳輸信息類型可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和______。10.程序查詢方式是一種簡(jiǎn)單的I/O控制方式，其特點(diǎn)是CPU需要______地查詢I/O設(shè)備狀態(tài)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述原碼、補(bǔ)碼、反碼在表示-7（用8位二進(jìn)制表示）時(shí)的區(qū)別。2.什么是Cache的命中率？提高Cache命中率的常用方法有哪些？3.CPU與主存之間通過總線連接，總線通常包含哪幾種類型？各自的作用是什么？4.什么是中斷？中斷處理過程通常包括哪些主要步驟？四、計(jì)算題（每題10分，共30分。請(qǐng)寫出計(jì)算過程和結(jié)果。）1.某計(jì)算機(jī)主存地址空間為16MB，Cache容量為32KB，采用直接映射方式。主存塊大小為4KB，Cache塊大小也為4KB。若主存地址A=H7FA0，求該地址在Cache中的標(biāo)記（Tag）、組號(hào)（組號(hào)按塊編號(hào)，若為直接映射則組號(hào)即塊號(hào)）、塊內(nèi)地址（Offset）。（注：地址用十六進(jìn)制表示，塊內(nèi)地址和組號(hào)也用十六進(jìn)制表示。）2.某CPU時(shí)鐘頻率為3GHz，一個(gè)指令周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期（T狀態(tài)）。執(zhí)行一條簡(jiǎn)單的算術(shù)指令，其CPI（每條指令執(zhí)行周期數(shù)）為1.5。求該CPU的MIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令）性能。（結(jié)果保留一位小數(shù)。）3.假設(shè)某系統(tǒng)采用中斷方式處理外部設(shè)備請(qǐng)求。中斷響應(yīng)過程需要3個(gè)時(shí)鐘周期。若CPU正在執(zhí)行指令，當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完畢。當(dāng)外部設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU需要先完成當(dāng)前指令的執(zhí)行，然后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。如果當(dāng)前指令已執(zhí)行了1個(gè)時(shí)鐘周期，CPU從開始響應(yīng)中斷到完成中斷服務(wù)程序的第一條指令，總共需要多少個(gè)時(shí)鐘周期？五、分析題（15分。請(qǐng)分析并回答下列問題。）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為什么需要引入Cache？它與主存、輔存之間在性能、容量和成本方面有何主要區(qū)別？簡(jiǎn)要說明Cache、主存和輔存構(gòu)成的三級(jí)存儲(chǔ)體系的基本原理。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.B3.A4.B5.A6.C7.A8.B9.C10.C11.C12.B13.B14.C15.C二、填空題1.輸出設(shè)備2.FFFF3.差錯(cuò)4.進(jìn)位5.直接6.CPU7.執(zhí)行8.優(yōu)先級(jí)9.控制總線10.周期性三、簡(jiǎn)答題1.解析：原碼表示中，符號(hào)位為1，數(shù)值位為0111，即11111。補(bǔ)碼表示中，符號(hào)位為1，數(shù)值位為1的補(bǔ)碼（0111按位取反加1）為1001，即11101。反碼表示中，符號(hào)位為1，數(shù)值位為1的反碼（0111按位取反）為1000，即11000。區(qū)別在于符號(hào)位相同，數(shù)值位不同。2.解析：命中率是指當(dāng)CPU需要訪問主存時(shí)，所訪問的地址在Cache中能找到的比例。提高Cache命中率的方法主要有：增大Cache容量、采用更優(yōu)的替換算法（如LRU）、合理選擇Cache映像方式（如組相聯(lián)）、提高主存塊大小等。3.解析：總線通常包含數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。數(shù)據(jù)總線用于在部件間傳輸數(shù)據(jù)信息；地址總線用于指定數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑吹刂坊蚰康牡刂?；控制總線用于傳輸控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)，協(xié)調(diào)各部件工作。4.解析：中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中，出現(xiàn)某些隨機(jī)或非預(yù)期的外部事件，需要CPU暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理該事件，處理完畢后再返回?cái)帱c(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷處理過程通常包括：中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)（如果同時(shí)有多個(gè)中斷請(qǐng)求）、中斷響應(yīng)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、執(zhí)行中斷服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、中斷返回。四、計(jì)算題1.解析：主存地址空間16MB，即2^24字節(jié)，塊大小4KB，即2^12字節(jié)，則主存共分為2^12/2^12=2^12=4096塊。采用直接映射，Cache容量32KB，即2^15字節(jié)，分為2^15/2^12=2^3=8組，組號(hào)從0到7。Cache塊大小4KB，即2^12字節(jié)。主存地址A=H7FA0，按直接映射方式分為：標(biāo)記Tag=H7F/H00(高16位為標(biāo)記)，組號(hào)Group=H0(低3位為組號(hào))，塊內(nèi)地址Offset=H00(低12位為塊內(nèi)地址)。（注：地址劃分方式取決于具體的映射策略，此處按塊內(nèi)地址12位、組號(hào)3位、標(biāo)記組數(shù)=主存塊數(shù)/Cache組數(shù)=4096/8=512=9位劃分，H7F00表示為Tag=H7F,Group=H0,Offset=H00）2.解析：CPU時(shí)鐘頻率3GHz，即3*10^9Hz，時(shí)鐘周期T=1/(3*10^9)秒。指令周期CPI=1.5，MIPS=(時(shí)鐘頻率/CPI)*10^-6=(3*10^9/1.5)*10^-6=2*10^6*10^-6=2MIPS。3.解析：中斷響應(yīng)需要3個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)前指令已執(zhí)行1個(gè)時(shí)鐘周期，還需執(zhí)行3-1=2個(gè)時(shí)鐘周期才能完成。執(zhí)行完當(dāng)前指令后，再執(zhí)行中斷響應(yīng)的3個(gè)時(shí)鐘周期，共需要2+3=5個(gè)時(shí)鐘周期。五、分析題解析：引入Cache是為了解決主存速度與CPU速度不匹配的問題。Cache是介于CPU和主存之間的高速小容量存儲(chǔ)器，用于存放當(dāng)前CPU最可能需要訪問的數(shù)據(jù)和指令，當(dāng)CPU訪問數(shù)據(jù)時(shí)，首先在Cache中查找，若命中則直接訪問Cache，速度很快；若未命中則再到主存中訪問，并將所需數(shù)據(jù)復(fù)制到Cache中。Cache、主存、輔存的主要區(qū)別在于：性能（Cache最快，輔