2025計算機(jī)組成原理測試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的首字母填寫在題號后的括號內(nèi)）1.下列哪種數(shù)制最適合人類計數(shù)習(xí)慣？（）A.二進(jìn)制B.八進(jìn)制C.十進(jìn)制D.十六進(jìn)制2.在計算機(jī)內(nèi)部，信息主要采用哪種編碼方式存儲？（）A.ASCII碼B.BCD碼C.補(bǔ)碼D.反碼3.若一個字長為8位，采用補(bǔ)碼表示，則能表示的整數(shù)范圍是？（）A.-128到+127B.-127到+128C.-127到+127D.-128到+1284.假設(shè)某計算機(jī)的存儲器字長為16位，地址線為20根，則其最大可直接訪問的存儲空間為？（）A.64KBB.128KBC.1MBD.2MB5.Cache的主要目的是？（）A.容量最大的存儲器B.成本最低的存儲器C.提高存儲系統(tǒng)速度，降低訪問成本D.替代主存6.采用全相聯(lián)映射方式的Cache，其優(yōu)點是？（）A.映射簡單，速度較快B.地址變換復(fù)雜，但沖突率最低C.地址變換簡單，沖突率最低D.容量利用率最高7.指令系統(tǒng)中，采用立即尋址方式時，操作數(shù)來自？（）A.通用寄存器B.主存指定單元C.指令代碼本身D.寄存器堆棧8.CPU中負(fù)責(zé)指令譯碼和指揮控制計算機(jī)各部件工作的部件是？（）A.運(yùn)算器（ALU）B.控制器（CU）C.累加器D.程序計數(shù)器（PC）9.在程序執(zhí)行過程中，中斷的發(fā)生通常發(fā)生在？（）A.指令周期的任何時刻B.僅在訪存指令執(zhí)行時C.僅在執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時D.僅在電源故障時10.總線按照傳輸信息分類，不包括？（）A.數(shù)據(jù)總線B.地址總線C.控制總線D.邏輯總線二、填空題（每空1分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.計算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大基本組成部件是：______、______、______、______和______。2.將十進(jìn)制數(shù)123轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)為______。3.在補(bǔ)碼表示法中，(-1101)?的值等于十進(jìn)制數(shù)______。4.存儲器按存儲介質(zhì)劃分，可分為______存儲器和______存儲器。5.Cache與主存之間常采用______和______兩種映射方式。6.指令的操作碼字段用于指定______，操作數(shù)字段用于指定______或______。7.CPU的數(shù)據(jù)通路主要由______、______和______三部分組成。8.中斷向量表通常存放在______中。9.總線寬度是指總線的______數(shù)，它直接決定了每次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。10.I/O控制方式主要有______、______和______。三、判斷題（每題1分，共10分。請將“正確”填寫在題號后的括號內(nèi)，將“錯誤”填寫在題號后的括號內(nèi)）1.八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制數(shù)，只需將每一位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)代替即可。（）2.浮點數(shù)表示的數(shù)值范圍一定比定點數(shù)表示的數(shù)值范圍大。（）3.Cache的速度比主存快，但比寄存器慢。（）4.在直接映射方式下，主存地址的高位部分送入Cache地址寄存器。（）5.堆棧是一種特殊的存儲器。（）6.指令周期是指執(zhí)行一條指令所需的最短時間。（）7.按照優(yōu)先級，中斷請求可以嵌套處理。（）8.總線是計算機(jī)各功能部件之間傳送信息的公共通路。（）9.DMA方式下，CPU在數(shù)據(jù)傳輸期間可以執(zhí)行其他指令。（）10.RISC指令系統(tǒng)通常具有指令種類少、格式規(guī)整、執(zhí)行時間短的特點。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示法中，如何表示正數(shù)和負(fù)數(shù)？并比較它們的優(yōu)缺點。2.什么是存儲器的層次結(jié)構(gòu)？簡述其設(shè)計原理和主要目標(biāo)。3.什么是CPU的指令周期？它通常由哪幾個階段組成？4.簡述中斷處理過程的主要步驟。五、計算題（每題10分，共20分）1.某計算機(jī)Cache采用2路組相聯(lián)映射，共有128個塊，每個塊有64字節(jié)。主存共有1024個塊，每個塊也有64字節(jié)。當(dāng)訪存時，發(fā)現(xiàn)Cache未命中（不考慮寫策略對地址變換的影響），請計算訪問主存的地址需要多少位？若主存地址為十六進(jìn)制F2A8H，請寫出Cache地址和主存塊號。2.假設(shè)某計算機(jī)的CPU主頻為1.6GHz，一條簡單指令的平均執(zhí)行周期為4時鐘周期，其中取指階段需要1個時鐘周期，譯碼和執(zhí)行階段需要2個時鐘周期，訪存階段需要1個時鐘周期。計算該指令的平均執(zhí)行速度（每秒執(zhí)行的指令數(shù)）。六、分析題（10分）已知某計算機(jī)的指令格式如下：操作碼字段：6位尋址方式字段：3位地址字段：13位假設(shè)采用直接尋址方式，請計算該指令能直接訪問的主存地址范圍是多少？如果采用寄存器間接尋址方式，且地址字段給出的是寄存器編號，那么該指令能訪問的數(shù)據(jù)在哪里？請簡述其工作過程。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.C5.C6.B7.C8.B9.A10.D二、填空題1.運(yùn)算器,控制器,存儲器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備2.11110113.-134.半導(dǎo)體,磁性5.直接映射,組相聯(lián)映射6.操作碼,操作數(shù)地址,操作數(shù)7.數(shù)據(jù)通路,控制通路,寄存器組8.主存9.位10.程序查詢,中斷,DMA三、判斷題1.正確2.錯誤3.正確4.錯誤5.錯誤6.錯誤7.正確8.正確9.正確10.正確四、簡答題1.解析：原碼正數(shù)符號位為0，負(fù)數(shù)符號位為1，數(shù)值部分不變。反碼正數(shù)與原碼相同，負(fù)數(shù)符號位為1，數(shù)值部分按位取反。補(bǔ)碼正數(shù)與原碼相同，負(fù)數(shù)符號位為1，數(shù)值部分按位取反后加1。優(yōu)點：補(bǔ)碼運(yùn)算簡單（加減法統(tǒng)一），避免了零的多種表示。缺點：原碼和反碼存在符號位，且運(yùn)算復(fù)雜，存在歧義（如-0和+0）。2.解析：存儲器層次結(jié)構(gòu)是將不同速度、成本、容量的存儲器組成一個有機(jī)的整體，以高速、大容量、低成本的方式滿足計算機(jī)對存儲的需求。設(shè)計原理是通過設(shè)置各級緩存，將經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)放在高速、小容量的緩存中，不常訪問的數(shù)據(jù)放在低速、大容量的主存或輔存中。主要目標(biāo)是提高存儲系統(tǒng)的訪問速度，降低訪問成本，并實現(xiàn)存儲容量的擴(kuò)展。3.解析：指令周期是指執(zhí)行一條指令所需要的時間。通常由取指階段（從主存取指令代碼到指令寄存器）、譯碼階段（對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生控制信號）和執(zhí)行階段（執(zhí)行指令規(guī)定的操作，如運(yùn)算、訪存等）組成。4.解析：中斷處理過程主要步驟包括：中斷請求產(chǎn)生、中斷判優(yōu)（如有多個中斷請求）、中斷響應(yīng)（CPU暫停當(dāng)前工作，保存現(xiàn)場，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口）、中斷服務(wù)（執(zhí)行中斷服務(wù)程序）、中斷返回（恢復(fù)現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序）。五、計算題1.解析：Cache共有128個塊，采用2路組相聯(lián)映射，即每組包含2個塊。因此，組數(shù)M=128/2=64組。每組需要log2(64)=6位來標(biāo)識組號。主存共有1024個塊，需要log2(1024)=10位來標(biāo)識塊號。Cache地址需要包含組號和組內(nèi)塊號，共6+log2(2)=7位（因為每組2個塊，用1位即可）。主存地址需要包含組號、組內(nèi)塊號和標(biāo)記（Tag），標(biāo)記位數(shù)=總塊數(shù)-組內(nèi)塊數(shù)=1024-2=512，log2(512)=9位。因此，總地址位數(shù)=Cache地址位數(shù)+標(biāo)記位數(shù)=7+9=16位。主存地址F2A8H=1111000101010000B。Cache地址=組號+組內(nèi)塊號=011000B=30H。主存塊號=標(biāo)記+組內(nèi)塊號=111100001101B=1E8H。2.解析：CPU主頻1.6GHz=1.6*10^9Hz，時鐘周期T=1/f=1/(1.6*10^9)=0.625ns。指令平均執(zhí)行周期CPI=4個時鐘周期。指令平均執(zhí)行時間=CPU主頻*CPI=1.6*10^9*4=6.4*10^9ns=6.4us。平均執(zhí)行速度=1/平均執(zhí)行時間=1/(6.4*10^9)=0.15625*10^-9=156.25MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令)。六、分析題解析：指令格式6位操作碼，3位尋址方式，13位地址字段。若采用直接尋址，13