北京信息科技大學(xué)2024年計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（計(jì)算機(jī)組成原理）試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能瓶頸通常在________。A.輸入輸出設(shè)備B.主存儲(chǔ)器C.中央處理器D.操作系統(tǒng)2.在計(jì)算機(jī)中，采用補(bǔ)碼表示法的主要原因是________。A.簡(jiǎn)化加減法運(yùn)算B.避免負(fù)數(shù)表示C.提高存儲(chǔ)效率D.符合人們習(xí)慣3.下列哪種編碼方式，每個(gè)字符用7位二進(jìn)制數(shù)表示？A.BCD碼B.ASCII碼C.Gray碼D.EBCDIC碼4.計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，位于最上層的是________。A.CacheB.主存C.輔存D.寄存器5.采用直接映射方式時(shí)，Cache的地址映射是通過(guò)________實(shí)現(xiàn)的。A.地址變換B.地址譯碼C.地址比較D.地址計(jì)算6.指令系統(tǒng)中，采用立即尋址方式的指令，其操作數(shù)來(lái)自________。A.通用寄存器B.主存儲(chǔ)器C.立即數(shù)字段D.寄存器間接尋址7.CPU中用于暫時(shí)存放指令的寄存器是________。A.累加器B.程序計(jì)數(shù)器C.數(shù)據(jù)寄存器D.指令寄存器8.在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線按傳輸信息分類，不包括________。A.數(shù)據(jù)總線B.地址總線C.控制總線D.信號(hào)總線9.中斷向量表通常存放在________。A.Cache中B.主存中C.寄存器中D.通用寄存器中10.I/O控制方式中，不需要CPU干預(yù)的是________。A.程序查詢方式B.中斷方式C.直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式D.以上都不是二、填空題1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線通常由________、________和________三部分組成。2.在補(bǔ)碼表示法中，+X的補(bǔ)碼等于-X的________。3.Cache與主存之間采用_______映射方式時(shí)，每個(gè)主存塊只能映射到Cache中一個(gè)固定的塊位置。4.指令的執(zhí)行過(guò)程一般分為________、________、________和________四個(gè)階段。5.中央處理器主要由________、________和________三部分組成。6.中斷系統(tǒng)包括________、________和________三個(gè)主要部分。7.在中斷處理過(guò)程中，為了保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，通常需要將CPU的________、程序狀態(tài)字寄存器等內(nèi)容壓入堆棧。8.I/O設(shè)備通過(guò)________與主機(jī)連接。9.RISC指令集的特點(diǎn)是________和________。10.存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是________和________。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方法的特點(diǎn)和區(qū)別。2.簡(jiǎn)述Cache的基本工作原理。3.簡(jiǎn)述中斷響應(yīng)過(guò)程。4.簡(jiǎn)述CPU控制器的設(shè)計(jì)方法。5.簡(jiǎn)述總線爭(zhēng)用問(wèn)題的解決方案。四、計(jì)算題1.已知X=+15，Y=-10，分別用原碼、反碼和補(bǔ)碼表示，并計(jì)算X+Y的結(jié)果（用補(bǔ)碼表示）。2.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，Cache容量為16K字節(jié)，主存容量為256K字節(jié)，主存塊大小為4K字節(jié)。當(dāng)訪問(wèn)主存地址為0x123456時(shí)，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的Cache地址和主存塊號(hào)。五、綜合題設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)中斷系統(tǒng)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)判斷，并能夠完成中斷響應(yīng)和中斷返回的過(guò)程。請(qǐng)簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)思路，并說(shuō)明主要部件的功能。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.C5.B6.C7.B8.D9.B10.C二、填空題1.數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線2.補(bǔ)碼3.直接4.取指，譯碼，執(zhí)行，訪存（或?qū)懟兀?.運(yùn)算器，控制器，寄存器組6.中斷請(qǐng)求部件，中斷判優(yōu)部件，中斷處理部件7.程序計(jì)數(shù)器8.I/O接口9.指令簡(jiǎn)單規(guī)整，指令執(zhí)行時(shí)間固定10.高速、小容量、昂貴；低速、大容量、便宜三、簡(jiǎn)答題1.解析：原碼、反碼和補(bǔ)碼是三種不同的數(shù)值表示方法。原碼：最高位為符號(hào)位，0表示正，1表示負(fù)，其余位表示數(shù)值的絕對(duì)值。反碼：正數(shù)的反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號(hào)位外各位取反。補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其原碼除符號(hào)位外各位取反，末位加1。區(qū)別：原碼存在兩個(gè)零（+0和-0）的問(wèn)題，加減法運(yùn)算復(fù)雜；反碼同樣存在兩個(gè)零的問(wèn)題，且負(fù)數(shù)的運(yùn)算仍然復(fù)雜；補(bǔ)碼解決了這兩個(gè)問(wèn)題，使得加減法運(yùn)算統(tǒng)一，簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算電路設(shè)計(jì)。2.解析：Cache的工作原理是利用高速的Cache存儲(chǔ)器存放常用數(shù)據(jù)，當(dāng)CPU訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先在Cache中查找，如果找到則稱為Cache命中，直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)，速度很快；如果未找到則稱為Cache未命中，需要從速度較慢的主存中讀取數(shù)據(jù)，并將所需數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中。3.解析：中斷響應(yīng)過(guò)程通常包括以下幾個(gè)步驟：1.中斷請(qǐng)求：I/O設(shè)備或其他部件產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。2.中斷判優(yōu)：如果有多個(gè)中斷請(qǐng)求，中斷判優(yōu)部件根據(jù)優(yōu)先級(jí)決定哪個(gè)中斷請(qǐng)求優(yōu)先處理。3.中斷響應(yīng)：CPU檢測(cè)到中斷請(qǐng)求且當(dāng)前指令執(zhí)行完畢，則發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)。4.保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：CPU將當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器（PC）的內(nèi)容和程序狀態(tài)字（PSW）等內(nèi)容壓入堆棧，保存當(dāng)前程序的狀態(tài)。5.轉(zhuǎn)向中斷處理程序：CPU根據(jù)中斷類型碼在中斷向量表中找到中斷處理程序的入口地址，并將該地址加載到程序計(jì)數(shù)器中，開始執(zhí)行中斷處理程序。4.解析：CPU控制器的設(shè)計(jì)方法主要有兩種：1.硬布線控制器：使用組合邏輯電路設(shè)計(jì)控制器，根據(jù)指令操作碼和狀態(tài)信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，速度快，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易修改。2.微程序控制器：將控制信號(hào)編碼成微指令，存放在控制存儲(chǔ)器中，根據(jù)指令操作碼和狀態(tài)信號(hào)從控制存儲(chǔ)器中讀取微指令，產(chǎn)生控制信號(hào)，設(shè)計(jì)靈活，易于修改，但速度相對(duì)較慢。5.解析：總線爭(zhēng)用問(wèn)題的解決方案主要有：1.鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑核性O(shè)備共享總線，通過(guò)設(shè)備地址進(jìn)行查詢，優(yōu)先級(jí)固定，簡(jiǎn)單但效率低。2.計(jì)算機(jī)查詢方式：每個(gè)設(shè)備有自己的地址，CPU可以直接查詢特定設(shè)備，效率較高，但控制器復(fù)雜。3.仲裁方式：設(shè)備通過(guò)仲裁器競(jìng)爭(zhēng)總線使用權(quán)，可以靈活設(shè)置優(yōu)先級(jí)，效率高，但仲裁器設(shè)計(jì)復(fù)雜。四、計(jì)算題1.解析：X=+15，原碼：00001111，反碼：00001111，補(bǔ)碼：00001111Y=-10，原碼：10000101，反碼：11111010，補(bǔ)碼：11111011X+Y=00001111+11111011=100110000，舍棄進(jìn)位，結(jié)果為-48（補(bǔ)碼）2.解析：主存地址為0x123456，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為000100100011010001010110Cache容量為16K字節(jié)，即2^14字節(jié)，分為2^14/4K=4組主存塊大小為4K字節(jié)，即2^12字節(jié)，主存地址低12位為塊內(nèi)地址Cache地址=主存地址（低12位）=00100011010001010110主存塊號(hào)=主存地址（高22位）/4K=000100100011/1000=000100100011所以，Cache地址為0x2345，主存塊號(hào)為0x123五、綜合題解析：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)中斷系統(tǒng)，可以采用以下思路：1.中斷請(qǐng)求部件：負(fù)責(zé)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，例如I/O設(shè)備通過(guò)I/O接口發(fā)出中斷請(qǐng)求。2.中斷判優(yōu)部件：由于是單級(jí)中斷系統(tǒng)，可以不設(shè)專門的判優(yōu)部件，或者將所有中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)設(shè)為相同。3.中斷處理部件：CPU在每條指令執(zhí)行結(jié)束后檢測(cè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，如果檢測(cè)到中斷請(qǐng)求且當(dāng)前指令執(zhí)行完畢，則進(jìn)入中斷處理過(guò)程。主要部件功能：-程序計(jì)數(shù)器（PC）：存放下一條要執(zhí)行的指令地址。-中斷請(qǐng)求寄存器：存放當(dāng)前所有未處理的中斷請(qǐng)求。-中斷向量表：存放每個(gè)中斷處理程序的入口地址，通過(guò)中斷類型碼索引。-中斷允許寄存器：用于屏蔽某些中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)和中斷返回過(guò)程：1.中斷響應(yīng)：CPU