2026年計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試題一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20題，合計(jì)40分）1.在RISC架構(gòu)中，下列哪項(xiàng)指令集設(shè)計(jì)原則最能體現(xiàn)其指令執(zhí)行的高效性？A.支持復(fù)雜的地址計(jì)算B.指令格式固定且長(zhǎng)度為32位C.允許部分指令使用隱含操作數(shù)D.指令集包含大量專用指令2.采用哈佛結(jié)構(gòu)的處理器中，程序指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)空間中，其主要缺點(diǎn)是什么？A.譯碼器復(fù)雜度高B.無(wú)法并行取指C.存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度慢D.控制單元設(shè)計(jì)復(fù)雜3.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用直接映射方式，其容量為16KB，每個(gè)Cache行大小為64字節(jié)，則該Cache的行數(shù)為？A.256B.512C.1024D.20484.在流水線執(zhí)行過(guò)程中，若某段指令因數(shù)據(jù)依賴而停頓，這種現(xiàn)象稱為？A.控制冒險(xiǎn)B.結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)C.讀寫冒險(xiǎn)D.時(shí)序冒險(xiǎn)5.對(duì)于雙端口存儲(chǔ)器，其讀寫操作能夠完全并行的前提是？A.兩個(gè)端口分別連接不同的CPU核心B.兩個(gè)端口使用不同的地址空間C.存儲(chǔ)單元采用非易失性技術(shù)D.兩個(gè)端口支持相同的數(shù)據(jù)寬度6.在多級(jí)Cache設(shè)計(jì)中，若L1Cache命中率為90%，L2Cache命中率為80%，則兩級(jí)Cache的未命中率約為？A.10%B.8%C.2%D.18%7.采用異步總線設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其主要優(yōu)勢(shì)在于？A.能夠支持更高的時(shí)鐘頻率B.具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力C.傳輸延遲不受時(shí)鐘同步限制D.總線仲裁邏輯更簡(jiǎn)單8.在中斷處理過(guò)程中，中斷隱含字（如中斷向量）通常存儲(chǔ)在？A.主存中特定位置B.Cache中C.專用寄存器中D.I/O設(shè)備內(nèi)存中9.假設(shè)某處理器支持多線程技術(shù)（如Hyper-Threading），其核心優(yōu)勢(shì)在于？A.提高單個(gè)線程的執(zhí)行速度B.增加物理核心數(shù)量C.實(shí)現(xiàn)邏輯核心與物理核心的映射D.優(yōu)化分支預(yù)測(cè)算法10.在虛擬內(nèi)存管理中，若發(fā)生頁(yè)面置換，則缺頁(yè)中斷處理過(guò)程中哪項(xiàng)操作最先執(zhí)行？A.更新頁(yè)表B.執(zhí)行TLB查詢C.啟動(dòng)磁盤I/OD.保存CPU現(xiàn)場(chǎng)二、填空題（每空1分，共10空，合計(jì)10分）1.在CPU執(zhí)行指令周期時(shí)，通常包括______、______和______三個(gè)階段。2.Cache的寫策略主要有______、______和______三種。3.哈佛結(jié)構(gòu)處理器中，程序指令和數(shù)據(jù)使用______存儲(chǔ)空間。4.流水線沖突分為______、______和______三種類型。5.RISC指令集的特點(diǎn)之一是______，即每條指令執(zhí)行時(shí)間固定。6.在多級(jí)Cache設(shè)計(jì)中，L1Cache和L2Cache之間通常采用______映射方式。7.異步總線的主要缺點(diǎn)是______，導(dǎo)致傳輸效率受限。8.中斷響應(yīng)過(guò)程中，中斷服務(wù)程序入口地址通常通過(guò)______獲取。9.虛擬內(nèi)存的頁(yè)表項(xiàng)中，通常包含______、______和______等字段。10.I/O設(shè)備控制器與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸方式主要有______和______兩種。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共6題，合計(jì)30分）1.簡(jiǎn)述RISC與CISC指令集的主要區(qū)別。2.解釋什么是Cache未命中，并說(shuō)明其發(fā)生的原因。3.描述流水線執(zhí)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其解決方案。4.說(shuō)明多級(jí)Cache設(shè)計(jì)中的地址映射方式及其優(yōu)缺點(diǎn)。5.解釋什么是虛擬內(nèi)存，并說(shuō)明其工作原理。6.比較中斷與異常的區(qū)別，并舉例說(shuō)明。四、計(jì)算題（每題10分，共2題，合計(jì)20分）1.某計(jì)算機(jī)的Cache采用4路組相聯(lián)映射方式，其容量為128KB，每個(gè)Cache行大小為32字節(jié)，若主存地址為32位，請(qǐng)計(jì)算：（1）Cache的行數(shù)為多少？（2）主存地址中哪些位用于標(biāo)識(shí)Cache組號(hào)、組內(nèi)行號(hào)和字內(nèi)地址？2.假設(shè)某處理器采用虛擬內(nèi)存管理，其頁(yè)表采用二級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)，L1頁(yè)表大小為1KB，L2頁(yè)表大小為4KB，每頁(yè)大小為4KB。若主存地址為48位，請(qǐng)計(jì)算：（1）虛擬地址中哪些位用于標(biāo)識(shí)L1頁(yè)表索引、L2頁(yè)表索引和頁(yè)內(nèi)偏移？（2）若某虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)不在主存中，則缺頁(yè)中斷處理過(guò)程中需要訪問(wèn)哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？五、論述題（10分）試述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)化的主要方法，并結(jié)合具體技術(shù)說(shuō)明其原理及適用場(chǎng)景。答案與解析一、單項(xiàng)選擇題答案1.B解析：RISC架構(gòu)強(qiáng)調(diào)指令格式固定且長(zhǎng)度統(tǒng)一，便于流水線執(zhí)行和譯碼簡(jiǎn)化。2.B解析：哈佛結(jié)構(gòu)中程序指令和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)，無(wú)法并行取指，導(dǎo)致執(zhí)行效率受限。3.A解析：16KB/64B=256行。4.C解析：數(shù)據(jù)依賴導(dǎo)致后繼指令無(wú)法立即執(zhí)行，稱為讀寫冒險(xiǎn)。5.A解析：雙端口存儲(chǔ)器兩個(gè)端口分別連接不同核心時(shí)，可完全并行讀寫。6.C解析：兩級(jí)Cache未命中率=(1-90%)×(1-80%)=2%。7.C解析：異步總線不受時(shí)鐘同步限制，傳輸延遲靈活。8.C解析：中斷向量通常存儲(chǔ)在專用寄存器中，中斷發(fā)生時(shí)由硬件直接讀取。9.C解析：Hyper-Threading通過(guò)邏輯核心映射物理核心，實(shí)現(xiàn)多線程并行。10.C解析：缺頁(yè)中斷處理首先需要啟動(dòng)磁盤I/O加載頁(yè)面。二、填空題答案1.取指、譯碼、執(zhí)行2.寫直通、寫回、全寫3.專用4.結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)、數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)、控制冒險(xiǎn)5.固定長(zhǎng)度6.直接7.傳輸延遲不確定8.中斷向量表9.頁(yè)號(hào)、有效位、物理頁(yè)框號(hào)10.程序查詢方式、中斷方式三、簡(jiǎn)答題答案1.RISC與CISC的區(qū)別：-RISC：指令長(zhǎng)度固定、格式簡(jiǎn)單、執(zhí)行時(shí)間固定、強(qiáng)調(diào)硬件并行性；CISC：指令長(zhǎng)度可變、功能復(fù)雜、執(zhí)行時(shí)間不定、依賴微程序解釋。2.Cache未命中：-指CPU訪問(wèn)的指令或數(shù)據(jù)未在Cache中命中，需要從主存或更高級(jí)存儲(chǔ)器加載。原因包括：Cache容量不足、替換策略不當(dāng)、地址映射沖突等。3.流水線冒險(xiǎn)：-結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)：硬件資源沖突（如只有一個(gè)存儲(chǔ)器端口）；-數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)：后繼指令依賴前驅(qū)指令結(jié)果；-控制冒險(xiǎn)：分支指令預(yù)測(cè)錯(cuò)誤；-解決方案：插入流水線停頓（STALL）、數(shù)據(jù)前遞（Forwarding）、分支預(yù)測(cè)（BranchPrediction）。4.多級(jí)Cache地址映射：-直接映射：主存塊唯一對(duì)應(yīng)Cache行；優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)沖突率高；-組相聯(lián)：主存塊分組映射Cache行；折中沖突率與復(fù)雜度；-全相聯(lián)：主存塊任意映射Cache行；沖突率最低，但硬件復(fù)雜；5.虛擬內(nèi)存：-通過(guò)頁(yè)表將邏輯地址映射到物理地址，允許程序使用比主存更大的地址空間；工作原理：缺頁(yè)時(shí)由硬件觸發(fā)，操作系統(tǒng)將磁盤頁(yè)面加載到主存。6.中斷與異常：-中斷：由外部事件觸發(fā)（如I/O完成），可嵌套處理；-異常：由內(nèi)部錯(cuò)誤觸發(fā)（如除零），不可嵌套；-例子：中斷（鍵盤輸入）、異常（浮點(diǎn)溢出）。四、計(jì)算題答案1.Cache計(jì)算：（1）行數(shù)=128KB/32B=4096行；（2）32位地址分：標(biāo)記（20位）、組號(hào)（4位，4路組相聯(lián)）、行號(hào)（6位）、字內(nèi)地址（5位）。2.虛擬內(nèi)存計(jì)算：（1）48位地址分：L1頁(yè)表索引（10位）、L2頁(yè)表索引（12位）、頁(yè)內(nèi)偏移（12位）；（2）缺頁(yè)處理需訪問(wèn)：頁(yè)表、TLB、磁盤目錄、主存控制器。五、論述題答案性能優(yōu)化方法：1.指令級(jí)并行優(yōu)化：-流水線技術(shù)：將指令分解為多個(gè)階段并行執(zhí)行；-超標(biāo)量技術(shù)：增加執(zhí)行單元數(shù)量；2.存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化：-多級(jí)Cache：平衡容量、速度與成本；-預(yù)取技術(shù)：預(yù)測(cè)未來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)提前加載；3.內(nèi)存管理