2025年考研計(jì)算機(jī)組成原理模擬測(cè)試試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共30分。下列每題選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題意的。）1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線中，用于連接高速設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間直接數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)是？A.總線仲裁B.中斷系統(tǒng)C.DMAD.I/O端口地址譯碼2.在計(jì)算機(jī)中，采用補(bǔ)碼表示法的主要目的是為了？A.簡化加減法運(yùn)算電路B.增加數(shù)的表示范圍C.便于邏輯運(yùn)算D.提高數(shù)據(jù)傳輸速率3.某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，Cache容量為16KB，主存塊大小為4KB。若主存地址用20位表示，則Cache地址需要多少位？A.8位B.12位C.14位D.16位4.CPU在執(zhí)行一條指令的過程中，首先需要完成的操作是？A.指令譯碼B.取指令（從內(nèi)存中獲取指令）C.執(zhí)行指令的操作D.寫回結(jié)果到寄存器5.RISC指令集架構(gòu)的特點(diǎn)通常不包括？A.指令格式規(guī)整B.指令執(zhí)行時(shí)間固定C.指令種類繁多D.支持隱含尋址方式6.在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，當(dāng)CPU需要訪問的物理頁面不在內(nèi)存中時(shí)，引發(fā)的中斷稱為？A.硬件故障中斷B.軟件中斷C.I/O中斷D.頁面置換中斷（缺頁中斷）7.下列關(guān)于指令周期的敘述，錯(cuò)誤的是？A.指令周期是執(zhí)行一條指令所需的最短時(shí)間B.它通常包括取指、譯碼、執(zhí)行等階段C.指令周期的長短與CPU主頻有關(guān)D.不同指令的指令周期可能不同8.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用于暫存CPU與內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的部件是？A.CacheB.寄存器C.主存D.數(shù)據(jù)總線9.在CPU的數(shù)據(jù)通路中，用于暫存運(yùn)算結(jié)果或中間數(shù)據(jù)的寄存器通常是？A.程序計(jì)數(shù)器（PC）B.地址寄存器（AR）C.數(shù)據(jù)寄存器（DR）或累加器（AC）D.指令寄存器（IR）10.下列設(shè)備中，通常屬于輸入設(shè)備的是？A.顯示器B.打印機(jī)C.鼠標(biāo)D.硬盤11.若一個(gè)字的長度為16位，計(jì)算機(jī)能直接訪問的內(nèi)存單元最小單位通常是？A.位（bit）B.字節(jié)（Byte）C.字（Word）D.雙字（DoubleWord）12.下列關(guān)于總線帶寬的敘述，正確的是？A.總線帶寬僅由總線寬度決定B.總線帶寬表示單位時(shí)間內(nèi)總線能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量C.總線帶寬與總線頻率無關(guān)D.總線帶寬總是固定不變的13.Cache與主存之間發(fā)生沖突，需要替換已有數(shù)據(jù)時(shí)，常見的替換算法不包括？A.先進(jìn)先出（FIFO）B.最近最少使用（LRU）C.隨機(jī)替換D.最優(yōu)替換14.CPU執(zhí)行訪存指令時(shí)，需要地址譯碼器來確定具體訪問的主存單元，地址譯碼器主要根據(jù)什么信號(hào)工作？A.指令操作碼B.程序計(jì)數(shù)器（PC）內(nèi)容C.地址總線的輸入信號(hào)D.控制總線的信號(hào)15.中斷向量表通常存放在？A.Cache中B.CPU內(nèi)部寄存器C.主存中D.輔存中二、填空題（每空2分，共20分。）1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，指令和數(shù)據(jù)通常在______上傳輸。2.補(bǔ)碼表示法的零有______個(gè)不同的編碼。3.Cache的主要目的是提高CPU訪問______的速率。4.CPU主要由運(yùn)算器、控制器和______三部分組成。5.指令系統(tǒng)中的尋址方式規(guī)定了如何獲取______。6.在DMA方式下，CPU在數(shù)據(jù)傳輸過程中可以執(zhí)行______。7.總線根據(jù)傳輸信息的類型可分為數(shù)據(jù)總線、______和地址總線。8.采用Cache后，CPU實(shí)際上訪問的是______，但速度上接近于訪問主存。9.指令周期通常由______、執(zhí)行和訪存等階段組成。10.中斷處理過程一般包括中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)、______、中斷返回等步驟。三、簡答題（每題5分，共20分。）1.簡述中斷和DMA兩種I/O控制方式的主要區(qū)別。2.解釋什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并簡述其主要優(yōu)點(diǎn)。3.簡述Cache命中和Cache未命中對(duì)CPU性能的影響。4.什么是CPU的運(yùn)算器？其主要功能有哪些？四、計(jì)算題（每題10分，共30分。）1.某計(jì)算機(jī)主存容量為4GB，采用32位地址線。求該計(jì)算機(jī)可直接訪問的內(nèi)存空間大小是多少字節(jié)？合多少M(fèi)B？合多少KB？2.某CPU主頻為2GHz，執(zhí)行一條指令平均需要4個(gè)時(shí)鐘周期。若某程序共包含1000條指令，求執(zhí)行該程序大約需要多少時(shí)間（以納秒為單位）？3.某Cache采用4路組相聯(lián)映射方式，Cache容量為128KB，主存塊大小為16KB。若主存地址用20位表示，當(dāng)訪問主存地址為HFFC0A8的單元時(shí)，請(qǐng)計(jì)算：(1)該主存塊在Cache中的組號(hào)是多少？（假設(shè)組號(hào)占地址低位）(2)如果該塊已存在于Cache中且命中，請(qǐng)給出對(duì)應(yīng)的Cache地址（標(biāo)記+塊內(nèi)地址）。(3)如果該塊不在Cache中（未命中），請(qǐng)給出對(duì)應(yīng)的Cache標(biāo)記。五、綜合應(yīng)用題（15分）簡要說明指令執(zhí)行過程（以單周期CPU為例），并解釋在指令執(zhí)行過程中，程序計(jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、地址寄存器（AR）、數(shù)據(jù)寄存器（DR）和累加器（AC）等主要寄存器各自的作用。試卷答案1.C2.A3.C4.B5.C6.D7.A8.A9.C10.C11.B12.B13.D14.C15.C16.數(shù)據(jù)總線17.兩個(gè)18.主存19.譯碼20.中斷響應(yīng)21.（1）DMA方式通常用于大批量數(shù)據(jù)傳輸，CPU只需啟動(dòng)和停止傳輸，傳輸過程由DMA控制器管理，CPU在此期間可以執(zhí)行其他指令。中斷方式下，CPU在I/O操作開始時(shí)發(fā)出指令，操作過程中CPU可能執(zhí)行其他任務(wù)，但在發(fā)生中斷事件（如數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好）時(shí)，CPU需暫停當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序處理I/O。（2）中斷方式下，CPU需響應(yīng)中斷請(qǐng)求并執(zhí)行中斷服務(wù)程序，存在中斷響應(yīng)開銷，且中斷處理可能打斷重要任務(wù)的執(zhí)行。DMA方式下，CPU干預(yù)少，效率高，尤其適合高速設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸。22.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是指將計(jì)算機(jī)的硬件和軟件按照功能進(jìn)行層次劃分，自底向上通常包括：硬件層（數(shù)字邏輯電路、微處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備）、微程序級(jí)、操作系統(tǒng)級(jí)、匯編語言級(jí)、高級(jí)語言級(jí)、應(yīng)用軟件級(jí)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；提高了硬件的利用率；為不同層次的軟件提供了相應(yīng)的接口；使得系統(tǒng)更加模塊化、通用化。23.（1）Cache命中：CPU訪問的數(shù)據(jù)在Cache中找到，可直接從Cache讀取，訪問速度快，減少了訪問主存的次數(shù)，提高了系統(tǒng)性能。（2）Cache未命中：CPU訪問的數(shù)據(jù)不在Cache中，需要從主存讀取，并將包含所需數(shù)據(jù)的主存塊調(diào)入Cache，然后才能訪問數(shù)據(jù)。這個(gè)過程比Cache命中慢得多，因?yàn)樗婕爸鞔嬖L問，增加了訪問延遲，降低了系統(tǒng)性能。24.（1）運(yùn)算器是CPU的核心部件之一，主要功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算（如加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算（如與、或、非、異或）。此外，它還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的暫存、傳送和某些控制功能的實(shí)現(xiàn)。（2）運(yùn)算器主要由累加器、通用寄存器、算術(shù)邏輯單元（ALU）和控制單元等組成。25.（1）4GB=4*1024*1024*1024B=4*2^30B=2^32B=4*1024MB=4096MB=4096*1024KB=4194304KB（2）CPU主頻為2GHz，即2*10^9Hz。執(zhí)行1000條指令，平均每條指令4個(gè)周期?？倳r(shí)間=指令數(shù)*每條指令周期數(shù)*每周期時(shí)間=1000*4*(1/(2*10^9))s=4*10^-6s=4microseconds（3）(1)主存地址HFFC0A8，共20位。Cache為4路組相聯(lián)，組數(shù)=主存塊數(shù)=主存容量/塊大小=(2^32B)/(2^14B)=2^18塊。組內(nèi)塊數(shù)=4。組號(hào)位數(shù)=log2(組數(shù))=log2(2^18)=18位。取地址低18位為組號(hào)，HFFC0A8&(2^18-1)=HFFC0A8&HFFFF=HFFC0A8。所以組號(hào)=HFFC0A8（低18位）。(2)若命中，組號(hào)HFFC0A8對(duì)應(yīng)Cache組。標(biāo)記=(主存地址)/(組數(shù)*塊大小)=HFFC0A8/(HFFFF*H1000)=HFFC0A8/H100000。右移(組號(hào)位數(shù)+塊內(nèi)地址位數(shù))位，標(biāo)記=HFFC0A8>>20=HFF。塊內(nèi)地址=主存地址&(塊大小-1)=HFFC0A8&HFFF=H0A8。Cache地址=標(biāo)記+塊內(nèi)地址=HFF+H0A8=HFF0A8。(3)若未命中，組號(hào)同上HFFC0A8。標(biāo)記=(主存地址)/(組數(shù)*塊大小)=HFFC0A8/(HFFFF*H1000)=HFFC0A8/H100000。右移(組號(hào)位數(shù)+塊內(nèi)地址位數(shù))位，標(biāo)記=HFFC0A8>>20=HFF。26.指令執(zhí)行過程（單周期CPU示例）：(1)取指階段：CPU從內(nèi)存中根據(jù)PC指向的地址獲取指令，存入IR。同時(shí)，PC自動(dòng)加1（或加偏移量，對(duì)于跳轉(zhuǎn)指令）以指向下一條指令。(2)譯碼階段：控制器對(duì)IR中的操作碼進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，用于指揮運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、寄存器等部