计算机组成原理试题及答案

计算机组成原理试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.在计算机内部，信息表示和运算的基本单位是（）。A.位（bit）B.字节（Byte）C.字（Word）D.字节（Byte）的倍数2.设某数在计算机中用8位补码表示，则其能表示的整数范围是（）。A.-128到+127B.-127到+127C.-127到+128D.-128到+1283.计算机内部采用二进制形式表示信息的主要原因是（）。A.二进制运算简单，易于实现B.二进制只有0和1两个状态，抗干扰能力强C.符合人类的计数习惯D.A和B都是4.在下列几种寻址方式中，寻址速度最快的是（）。A.立即寻址B.直接寻址C.间接寻址D.寄存器寻址5.RISC指令系统的特点是（）。A.指令格式复杂，种类繁多B.指令种类少，格式简单，大部分指令在一个时钟周期内完成C.指令功能强，可以完成任何操作D.需要复杂的指令译码6.计算机系统的层次结构中，位于最内层的是（）。A.应用软件B.用户程序C.微程序D.CPU7.Cache与主存之间地址映射的方式主要有（）。A.直接映射B.组相联映射C.全相联映射D.以上都是8.采用虚拟存储器的目的是（）。A.扩大主存容量B.提高主存访问速度C.扩大辅存容量D.减少CPU访问主存的次数9.CPU中的累加器主要用于（）。A.存放指令B.存放程序计数器C.存放当前正在执行的指令的操作数或运算结果D.存放地址10.I/O设备与主机之间进行数据传送的方式中，CPU参与度最低的是（）。A.程序查询方式B.中断方式C.DMA方式D.通道方式二、填空题（每空1分，共20分。请将答案填在题中的横线上）1.计算机内部采用______制表示信息，字符信息通常用______码表示。2.在补码表示法中，负数的符号位用______表示，0有______种编码方式。3.计算机中用于暂时存放指令和数据的小容量、高速度存储部件称为______。4.CPU主要由______器和控制器两部分组成。5.指令系统中，用于指定操作数的地址方式称为______方式。6.Cache存储器通过______技术，将主存中的一部分内容复制到速度更快的Cache中。7.主存与Cache之间的地址映射方式有直接映射、______映射和______映射。8.虚拟存储器是一种______存储器，它将辅存空间作为主存的延伸。9.CPU执行指令需要经历取指、______、执行三个主要阶段。10.总线按传输信息分类，可分为数据总线、______和地址总线。三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述原码、反码、补码三种表示法中，零的表示方式有何不同。2.什么是Cache的命中率？影响Cache性能的主要因素有哪些？3.简述中断响应过程的主要步骤。4.简述程序查询方式、中断方式、DMA方式三种I/O数据传送方式的区别。四、计算题（每小题10分，共20分）1.已知某机字长为16位，采用补码运算。设寄存器R1内容为补码10010011，寄存器R2内容为补码01101100。求[R1+R2]补和[R1-R2]补。2.某计算机Cache直接映射，Cache容量为128KB，主存容量为1MB，采用32位地址。求：(1)主存地址位中，用于确定Cache块的地址位有多少位？(2)若主存地址1000H00FFH访问的是Cache有效块，求对应的Cache块号和块内地址。五、分析题（共20分）分析一条简单的RISC指令：`ADDR3,R1,R2`（功能：将寄存器R1和R2中的内容相加，结果存入R3）。假设该指令在CPU中执行，请简述该指令执行大致需要经历哪些阶段（可用类似取指、译码、执行等关键词描述），并说明在执行过程中，CPU内部哪些主要寄存器（如PC、IR、MAR、MDR、AC、R1、R2、R3等）可能被使用到，并简述其作用。试卷答案一、选择题1.C2.A3.D4.D5.B6.D7.D8.A9.C10.C二、填空题1.二，ASCII2.1，两3.高速缓冲存储器（Cache）4.运算5.寻址6.地址映射7.组相联，全相联8.虚拟9.译码10.控制总线三、简答题1.原码中，最高位为符号位，0表示正，1表示负，零表示为00000000；反码中，正零与负零不同，正零为00000000，负零为11111111；补码中，零只有一种表示方式00000000。2.命中率是指当CPU访问主存时，所访问的单元在Cache中存在的概率。影响Cache性能的主要因素有：Cache容量、Cache块大小、地址映射方式、替换算法、写策略。3.中断响应过程的主要步骤包括：中断请求、中断判优（若有多个中断请求）、中断允许检查、保存现场（PC和程序状态字PSW）、形成中断入口地址、转移至中断服务程序、执行中断服务程序、恢复现场、中断返回。4.程序查询方式下，CPU主动查询I/O设备状态；中断方式下，I/O设备完成操作后向CPU发出中断请求，CPU暂停当前工作处理I/O；DMA方式下，DMA控制器直接在CPU和I/O设备间传送数据，CPU只需启动和结束传输。四、计算题1.[R1+R2]补=11111011[R1-R2]补=11110101解析：(1)[R1+R2]补=[10010011]补+[01101100]补=[11111011]补（先求补码和，再求补码）(2)[R1-R2]补=[10010011]补+[11010100]补=[11110101]补（先求R2的补码[11010100]，再求补码和）检验：[10010011]原=-83，[01101100]原=+108，-83-108=-191，[-191]补=[11110101]补。计算正确。2.(1)Cache容量128KB=2^17B，每块大小为Cache容量/块数。主存容量1MB=2^20B，块数为主存容量/Cache容量=2^20/2^17=2^3=8块。直接映射，主存地址高位部分用于索引Cache块，地址位数为log2(块数)=log2(8)=3位。所以主存地址中，用于确定Cache块的地址位有3位。(2)32位地址中，低17位用于确定主存字单元，前3位用于索引Cache块，剩下17-3=14位用于确定块内地址。主存地址1000H00FFH=10000000000000110000111111B。前3位索引块号100B=4（十进制），块内地址为低14位00000000111111B=03FFH（十六进制）。解析：(1)计算块数：1MB/128KB=8。块数是2的3次方，需要3位地址索引。(2)地址结构：32位地址，低17位主存字内地址，前3位Cache块索引，中间17-3=14位块内地址。地址1000H00FFH的前3位100B代表块号4，低14位03FFH代表块内地址。五、分析题指令执行大致阶段：取指、译码、执行。使用的寄存器及作用：PC：存放下一条要执行的指令地址，取指阶段读取指令。IR：指令寄存器，存放当前正在执行的指令，译码阶段分析指令操作码和地址码。MAR：存储器地址寄存器，在执行阶段，用于存放运算结果要写入的主存地址。MDR：存储器数据寄存器，在执行阶段，用于暂存从主存读取的数据或将结果写回主存的数据。AC（累加器）：用于存放运算的一个操作数，以及在R1、R2运算后暂存结果