2025年計算機組成原理真題解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。在每小題列出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的，請將正確選項字母填在題后的括號內(nèi)。1.用8位二進制補碼表示帶符號整數(shù)，能表示的整數(shù)范圍是（）。A.-128到+127B.-127到+127C.-127到+126D.-128到+1282.某計算機的存儲字長為16位，其尋址范圍可達（）。A.64KBB.128KBC.256KBD.512KB3.下列尋址方式中，尋址速度最快的是（）。A.立即尋址B.直接尋址C.寄存器尋址D.間接尋址4.CPU中，用于暫存操作數(shù)或中間結(jié)果的寄存器是（）。A.MARB.MDRC.ALUD.累加器5.在CPU中，控制序列的生成部件是（）。A.運算器B.控制器C.寄存器D.總線6.主存與Cache之間地址映射的基本方式有直接映射、全相聯(lián)映射和（）。A.組相聯(lián)映射B.雙路相聯(lián)映射C.替換映射D.分段映射7.Cache采用LRU（最近最少使用）替換算法，當Cache容量增加時，其命中率（）。A.必然增加B.必然減少C.可能增加也可能減少D.保持不變8.總線寬度是指（）。A.總線根數(shù)B.總線傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)C.總線傳輸速率D.總線負載能力9.I/O接口位于（）之間。A.CPU和主存B.主存和輸入/輸出設(shè)備C.CPU和輸入/輸出設(shè)備D.輸入/輸出設(shè)備和外圍設(shè)備10.中斷是指（）。A.程序員在程序中設(shè)置的特殊指令B.外部設(shè)備請求CPU服務(wù)的一種方式C.CPU執(zhí)行指令過程中遇到錯誤D.CPU在執(zhí)行存儲器訪問指令時發(fā)生二、填空題：本大題共5小題，每小題2分，共10分。請將答案填寫在題中橫線上。1.在浮點數(shù)表示法中，一個數(shù)由符號、指數(shù)和尾數(shù)三部分組成。2.指令系統(tǒng)中，操作碼字段指出CPU要執(zhí)行的操作，地址碼字段指出操作數(shù)的位置或提供操作數(shù)本身。3.CPU的主要性能指標有執(zhí)行速度（如CPI）和吞吐量（如MIPS）。4.Cache與主存之間采用映射方式可以提高地址變換的速度，但犧牲了部分空間利用率。5.I/O控制方式主要有程序查詢方式、中斷方式和直接存儲器訪問方式(DMA)。三、簡答題：本大題共3小題，每小題5分，共15分。請簡要回答下列問題。1.簡述原碼、反碼、補碼三種表示法在表示帶符號整數(shù)時的優(yōu)缺點。2.什么是指令周期？什么是機器周期？兩者之間有何關(guān)系？3.解釋什么是數(shù)據(jù)通路？簡述CPU中數(shù)據(jù)通路的主要組成部分。四、計算題：本大題共2小題，每小題7分，共14分。請按題意計算。1.已知浮點數(shù)格式為：1位符號，6位指數(shù)（含階符），10位尾數(shù)（含符號）。請將十進制數(shù)-65.25轉(zhuǎn)換為上述格式的二進制浮點數(shù)（采用補碼表示法，指數(shù)采用移碼表示，基數(shù)為2）。2.某計算機Cache采用直接映射方式，Cache容量為16K字，主存容量為256K字，字長為16位，主存訪問時間為200ns，Cache訪問時間為50ns。若某指令訪問的地址在Cache中命中，求該指令的訪問時間。若未命中，則需先訪問主存，然后將數(shù)據(jù)調(diào)入Cache，再訪問Cache，求該指令的平均訪問時間（假設(shè)命中率為90%）。（不考慮替換時間）五、綜合題：本大題共1小題，共16分。請按要求作答。已知某計算機的指令流水線分為取指(IF)、譯碼(ID)、執(zhí)行(EX)、訪存(MEM)和寫回(WB)五個階段，每個階段耗時均為1個時鐘周期。假設(shè)該流水線不允許并行，且不考慮數(shù)據(jù)冒險的處理時間。請回答：1.對于順序執(zhí)行的100條指令，完成執(zhí)行需要多少個時鐘周期？2.如果該流水線允許指令重疊執(zhí)行，求流水線啟動后第10個時鐘周期內(nèi)，有多少個指令處于不同的流水線階段？并簡述此時各指令分別處于哪個階段。3.指出流水線執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的兩種數(shù)據(jù)冒險類型，并簡述其中一種的處理方法。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.B5.B6.A7.A8.B9.B10.B二、填空題1.指數(shù)2.操作碼，操作數(shù)3.CPI，MIPS4.全相聯(lián)5.DMA三、簡答題1.解析：原碼表示法簡單直觀，但零的表示不唯一，運算復雜。反碼表示法解決了零的不唯一問題，但運算仍復雜，且存在負零問題。補碼表示法解決了零的唯一表示和負數(shù)運算的統(tǒng)一問題，是計算機中最常用的帶符號整數(shù)表示法，運算簡單方便。2.解析：指令周期是指CPU取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間。機器周期是構(gòu)成指令周期的時間單位，通常根據(jù)CPU訪問一次主存（或寄存器）所需的時間來劃分。一個指令周期通常包含若干個機器周期。3.解析：數(shù)據(jù)通路是CPU內(nèi)部傳遞信息的公共通路，用于在運算器、控制器、寄存器以及存儲器之間傳輸數(shù)據(jù)和控制信號。主要組成部分包括：指令寄存器（IR）、程序計數(shù)器（PC）、累加器（ACC）、通用寄存器組、ALU、狀態(tài)寄存器、總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線）等。四、計算題1.解析：首先將-65.25轉(zhuǎn)換為二進制：-65=-1000001，0.25=0.01，組合為-1000001.01。然后轉(zhuǎn)換為補碼浮點數(shù)：符號位為1（負數(shù)）。整數(shù)部分1000001轉(zhuǎn)換為移碼（指數(shù)部分）為：1000001+1000000=10000001（注意：移碼是指數(shù)加基數(shù)的補碼，這里基數(shù)是2，所以加2的補碼即加1000000）。小數(shù)部分0.01轉(zhuǎn)換為規(guī)格化尾數(shù)補碼為：0.010...（無限循環(huán)，取10位為0.0100000000）。組合起來為：1100000010100000000。2.解析：Cache命中時間=Cache訪問時間=50ns。Cache未命中時間=主存訪問時間+Cache訪問時間=200ns+50ns=250ns。平均訪問時間=命中率×命中時間+(1-命中率)×未命中時間=0.9×50ns+(1-0.9)×250ns=45ns+0.1×250ns=45ns+25ns=70ns。五、綜合題1.解析：順序執(zhí)行時，每條指令需要5個時鐘周期，100條指令共需100×5=500個時鐘周期。2.解析：流水線啟動后，第10個時鐘周期內(nèi)，有10條指令在流水線中。具體分布為：IF階段1條，ID階段2條，EX階段3條，MEM階段3條，WB階段1條。（從IF開始，每周期1條