2025年大學工學（計算機組成原理）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）每題只有一個正確答案，請將正確答案填在括號內(nèi)。(總共8題，每題5分，每題選出答案后，用鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案標號涂黑。如需改動，用橡皮擦干凈后，再選涂其他答案標號。)1.以下關(guān)于計算機硬件組成的描述，錯誤的是（）A.運算器是對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件B.控制器負責控制計算機各部件協(xié)調(diào)工作C.存儲器只能存儲數(shù)據(jù)不能存儲程序D.輸入輸出設(shè)備用于實現(xiàn)計算機與外界的信息交換2.計算機中數(shù)據(jù)的表示形式是（）A.十進制B.二進制C.八進制D.十六進制3.指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的是（）A.提高從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)的速度B.提高從外存獲取數(shù)據(jù)的速度C.降低指令譯碼難度D.擴大尋址空間并提高編程靈活性4.某計算機字長為32位，其存儲容量為4GB，按字編址時，它的尋址范圍是（）A.1GBB.4GBC.4MD.1M5.下列關(guān)于Cache的描述，正確的是（）A.Cache是一種高速緩沖存儲器，用于提高CPU訪問內(nèi)存的速度B.Cache的容量通常比主存大C.Cache的命中率與程序執(zhí)行的時間無關(guān)D.Cache中存放的是主存中任意位置的數(shù)據(jù)6.計算機的存儲系統(tǒng)采用分級存儲體系的主要目的是（）A.便于讀寫數(shù)據(jù)B.減少主機箱的體積C.解決存儲容量、價格和存取速度之間的矛盾D.便于系統(tǒng)升級7.指令流水線中存在的數(shù)據(jù)相關(guān)是指（）A.指令之間存在的順序執(zhí)行關(guān)系B.指令之間存在的資源競爭關(guān)系C.相鄰指令中用到相同的寄存器或存儲單元導(dǎo)致的沖突D.指令之間存在的控制信號沖突8.微程序控制器中，機器指令與微指令的關(guān)系是（）A.每一條機器指令由一條微指令來執(zhí)行B.每一條機器指令由一段用微指令編成的微程序來解釋執(zhí)行C.一段微程序由一條機器指令來執(zhí)行D.一條微指令由若干條機器指令組成第II卷（非選擇題共60分）填空題(總共4題，每題5分，把答案填在題中橫線上。)9.計算機硬件系統(tǒng)由______、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。10.8位二進制數(shù)補碼表示的范圍是______。11.直接尋址方式下，指令中的地址碼字段給出的是______的地址。12.計算機中用于表示浮點數(shù)的IEEE754標準中，單精度浮點數(shù)的格式由______位符號位、______位階碼和______位尾數(shù)組成。簡答題(總共3題，每題10分，簡要回答問題。)13.簡述計算機中采用二進制的原因。14.說明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別與聯(lián)系。15.簡述Cache的工作原理。綜合題(總共2題，每題15分，要求詳細解答，寫出主要步驟及答案。)16.已知某計算機的指令格式如下：|OP|A1|A2|D||----|----|----|----|其中，OP為操作碼，A1、A2為地址碼，D為形式地址。設(shè)指令長度為16位，操作碼長度為4位，試說明：(1)該指令系統(tǒng)可定義多少條指令？(2)若采用直接尋址方式，操作數(shù)的有效地址是多少？(3)若采用間接尋址方式，操作數(shù)的有效地址是多少？17.某計算機的主存容量為64KB，Cache容量為2KB，采用直接映射方式。主存地址為32位，按字節(jié)編址。(1)畫出主存地址到Cache地址的映射關(guān)系圖。(2)計算主存地址為0x123456的單元映射到Cache中的地址。材料分析題(總共1題，每題20分，閱讀以下材料，回答問題。)材料：在計算機系統(tǒng)中，性能優(yōu)化是一個重要的課題。對于CPU而言，提高其性能可以從多個方面入手。例如，采用更先進的制造工藝可以提高CPU的主頻，從而提高指令執(zhí)行速度；優(yōu)化指令流水線設(shè)計可以減少指令執(zhí)行的延遲；增加Cache的容量和提高Cache的命中率也能顯著提升CPU訪問數(shù)據(jù)的效率。另外，合理的存儲層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括高速緩存、主存和輔存的搭配，對于整個計算機系統(tǒng)的性能也有著至關(guān)重要的影響。問題：(1)根據(jù)材料，簡述提高CPU性能的幾種方法。(2)分析Cache容量和命中率對CPU性能的影響。答案：第I卷1.C2.B3.D4.D5.A6.C7.C8.B第II卷9.運算器10.-128~12711.操作數(shù)12.1、8、23簡答題13.計算機中采用二進制的原因主要有：可行性，二進制只有0和1兩個數(shù)碼，易于用物理器件實現(xiàn)；可靠性，二進制的0和1兩種狀態(tài)不容易出錯；簡易性，二進制運算規(guī)則簡單；邏輯性，二進制的0和1可方便地表示邏輯值真和假。14.中斷向量地址是中斷服務(wù)程序入口地址的地址，它存放在內(nèi)存的固定位置。入口地址是中斷服務(wù)程序真正開始執(zhí)行的地址。聯(lián)系是通過中斷向量地址找到對應(yīng)的入口地址。區(qū)別在于中斷向量地址是入口地址的指針，入口地址是具體的程序執(zhí)行起始地址。15.Cache的工作原理是：當CPU要訪問數(shù)據(jù)時，首先在Cache中查找。如果找到（命中），則直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)，速度很快；如果未找到（未命中），則從主存中讀取數(shù)據(jù)，并將包含該數(shù)據(jù)的塊調(diào)入Cache中，同時根據(jù)替換策略替換Cache中的某一塊，以便下次能更快地找到所需數(shù)據(jù)。綜合題16.(1)操作碼長度為4位，可定義的指令數(shù)為2^4=16條。(2)直接尋址方式下，操作數(shù)的有效地址就是指令中的地址碼A1。(3)間接尋址方式下，操作數(shù)的有效地址是地址碼A1所指向的存儲單元中的內(nèi)容。17.(1)主存地址32位，按字節(jié)編址，主存容量64KB=2^^16B，Cache容量2KB=2^11B。主存地址分為Tag（21位）+Index（11位）+Offset（10位）。Cache地址由Index（11位）+Offset（10位）組成。映射關(guān)系是主存中每2^11個連續(xù)字節(jié)塊映射到Cache中的一個塊。(2)主存地址0x123456，二進制為000010010001101001010110。Index=000010010001101001010110的低11位=000100100011010。Cache地址為0001001000110組成的11位二進制加上主存地址的低10位010110，即0001001000110010110。材料分析題(1)提高CPU性能的方法有：采用更先進制造工藝提高主頻；優(yōu)化指令流水線設(shè)計減少延