2025年考研计算机组成原理模拟测试试卷（含答案）

2025年考研计算机组成原理模拟测试试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共30分。下列每题选项中，只有一项是最符合题意的。）1.计算机系统总线中，用于连接高速设备，实现设备间直接数据传输的技术是？A.总线仲裁B.中断系统C.DMAD.I/O端口地址译码2.在计算机中，采用补码表示法的主要目的是为了？A.简化加减法运算电路B.增加数的表示范围C.便于逻辑运算D.提高数据传输速率3.某计算机的Cache采用直接映射方式，Cache容量为16KB，主存块大小为4KB。若主存地址用20位表示，则Cache地址需要多少位？A.8位B.12位C.14位D.16位4.CPU在执行一条指令的过程中，首先需要完成的操作是？A.指令译码B.取指令（从内存中获取指令）C.执行指令的操作D.写回结果到寄存器5.RISC指令集架构的特点通常不包括？A.指令格式规整B.指令执行时间固定C.指令种类繁多D.支持隐含寻址方式6.在虚拟内存技术中，当CPU需要访问的物理页面不在内存中时，引发的中断称为？A.硬件故障中断B.软件中断C.I/O中断D.页面置换中断（缺页中断）7.下列关于指令周期的叙述，错误的是？A.指令周期是执行一条指令所需的最短时间B.它通常包括取指、译码、执行等阶段C.指令周期的长短与CPU主频有关D.不同指令的指令周期可能不同8.计算机系统中，用于暂存CPU与内存之间传输数据的部件是？A.CacheB.寄存器C.主存D.数据总线9.在CPU的数据通路中，用于暂存运算结果或中间数据的寄存器通常是？A.程序计数器（PC）B.地址寄存器（AR）C.数据寄存器（DR）或累加器（AC）D.指令寄存器（IR）10.下列设备中，通常属于输入设备的是？A.显示器B.打印机C.鼠标D.硬盘11.若一个字的长度为16位，计算机能直接访问的内存单元最小单位通常是？A.位（bit）B.字节（Byte）C.字（Word）D.双字（DoubleWord）12.下列关于总线带宽的叙述，正确的是？A.总线带宽仅由总线宽度决定B.总线带宽表示单位时间内总线能传输的最大数据量C.总线带宽与总线频率无关D.总线带宽总是固定不变的13.Cache与主存之间发生冲突，需要替换已有数据时，常见的替换算法不包括？A.先进先出（FIFO）B.最近最少使用（LRU）C.随机替换D.最优替换14.CPU执行访存指令时，需要地址译码器来确定具体访问的主存单元，地址译码器主要根据什么信号工作？A.指令操作码B.程序计数器（PC）内容C.地址总线的输入信号D.控制总线的信号15.中断向量表通常存放在？A.Cache中B.CPU内部寄存器C.主存中D.辅存中二、填空题（每空2分，共20分。）1.计算机系统中，指令和数据通常在______上传输。2.补码表示法的零有______个不同的编码。3.Cache的主要目的是提高CPU访问______的速率。4.CPU主要由运算器、控制器和______三部分组成。5.指令系统中的寻址方式规定了如何获取______。6.在DMA方式下，CPU在数据传输过程中可以执行______。7.总线根据传输信息的类型可分为数据总线、______和地址总线。8.采用Cache后，CPU实际上访问的是______，但速度上接近于访问主存。9.指令周期通常由______、执行和访存等阶段组成。10.中断处理过程一般包括中断请求、中断判优、______、中断返回等步骤。三、简答题（每题5分，共20分。）1.简述中断和DMA两种I/O控制方式的主要区别。2.解释什么是计算机系统的层次结构，并简述其主要优点。3.简述Cache命中和Cache未命中对CPU性能的影响。4.什么是CPU的运算器？其主要功能有哪些？四、计算题（每题10分，共30分。）1.某计算机主存容量为4GB，采用32位地址线。求该计算机可直接访问的内存空间大小是多少字节？合多少MB？合多少KB？2.某CPU主频为2GHz，执行一条指令平均需要4个时钟周期。若某程序共包含1000条指令，求执行该程序大约需要多少时间（以纳秒为单位）？3.某Cache采用4路组相联映射方式，Cache容量为128KB，主存块大小为16KB。若主存地址用20位表示，当访问主存地址为HFFC0A8的单元时，请计算：(1)该主存块在Cache中的组号是多少？（假设组号占地址低位）(2)如果该块已存在于Cache中且命中，请给出对应的Cache地址（标记+块内地址）。(3)如果该块不在Cache中（未命中），请给出对应的Cache标记。五、综合应用题（15分）简要说明指令执行过程（以单周期CPU为例），并解释在指令执行过程中，程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、地址寄存器（AR）、数据寄存器（DR）和累加器（AC）等主要寄存器各自的作用。试卷答案1.C2.A3.C4.B5.C6.D7.A8.A9.C10.C11.B12.B13.D14.C15.C16.数据总线17.两个18.主存19.译码20.中断响应21.（1）DMA方式通常用于大批量数据传输，CPU只需启动和停止传输，传输过程由DMA控制器管理，CPU在此期间可以执行其他指令。中断方式下，CPU在I/O操作开始时发出指令，操作过程中CPU可能执行其他任务，但在发生中断事件（如数据准备好）时，CPU需暂停当前任务，转而执行中断服务程序处理I/O。（2）中断方式下，CPU需响应中断请求并执行中断服务程序，存在中断响应开销，且中断处理可能打断重要任务的执行。DMA方式下，CPU干预少，效率高，尤其适合高速设备数据传输。22.计算机系统的层次结构是指将计算机的硬件和软件按照功能进行层次划分，自底向上通常包括：硬件层（数字逻辑电路、微处理器、存储器、I/O设备）、微程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级、应用软件级。其主要优点是：降低了系统设计的复杂度；提高了硬件的利用率；为不同层次的软件提供了相应的接口；使得系统更加模块化、通用化。23.（1）Cache命中：CPU访问的数据在Cache中找到，可直接从Cache读取，访问速度快，减少了访问主存的次数，提高了系统性能。（2）Cache未命中：CPU访问的数据不在Cache中，需要从主存读取，并将包含所需数据的主存块调入Cache，然后才能访问数据。这个过程比Cache命中慢得多，因为它涉及主存访问，增加了访问延迟，降低了系统性能。24.（1）运算器是CPU的核心部件之一，主要功能是进行算术运算（如加、减、乘、除）和逻辑运算（如与、或、非、异或）。此外，它还负责数据的暂存、传送和某些控制功能的实现。（2）运算器主要由累加器、通用寄存器、算术逻辑单元（ALU）和控制单元等组成。25.（1）4GB=4*1024*1024*1024B=4*2^30B=2^32B=4*1024MB=4096MB=4096*1024KB=4194304KB（2）CPU主频为2GHz，即2*10^9Hz。执行1000条指令，平均每条指令4个周期。总时间=指令数*每条指令周期数*每周期时间=1000*4*(1/(2*10^9))s=4*10^-6s=4microseconds（3）(1)主存地址HFFC0A8，共20位。Cache为4路组相联，组数=主存块数=主存容量/块大小=(2^32B)/(2^14B)=2^18块。组内块数=4。组号位数=log2(组数)=log2(2^18)=18位。取地址低18位为组号，HFFC0A8&(2^18-1)=HFFC0A8&HFFFF=HFFC0A8。所以组号=HFFC0A8（低18位）。(2)若命中，组号HFFC0A8对应Cache组。标记=(主存地址)/(组数*块大小)=HFFC0A8/(HFFFF*H1000)=HFFC0A8/H100000。右移(组号位数+块内地址位数)位，标记=HFFC0A8>>20=HFF。块内地址=主存地址&(块大小-1)=HFFC0A8&HFFF=H0A8。Cache地址=标记+块内地址=HFF+H0A8=HFF0A8。(3)若未命中，组号同上HFFC0A8。标记=(主存地址)/(组数*块大小)=HFFC0A8/(HFFFF*H1000)=HFFC0A8/H100000。右移(组号位数+块内地址位数)位，标记=HFFC0A8>>20=HFF。26.指令执行过程（单周期CPU示例）：(1)取指阶段：CPU从内存中根据PC指向的地址获取指令，存入IR。同时，PC自动加1（或加偏移量，对于跳转指令）以指向下一条指令。(2)译码阶段：控制器对IR中的操作码进行译码，产生相应的控制信号，用于指挥运算器、存储器、寄存器等部