2026年计算机2025年计算机体系结构模拟卷

计算机2025年计算机体系结构模拟卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共30分。下列每小题均有四个选项，其中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.计算机体系结构是指计算机的（）。A.硬件系统B.软件系统C.硬件与软件的接口D.硬件系统与软件系统的总和2.在计算机中，信息最常用的存储单位是（）。A.位（bit）B.字节（Byte）C.字（Word）D.字节（Byte）和字（Word）都可能，取决于具体机器3.采用二进制补码表示法，[-7]6和[+7]6的二进制代码分别是（）。A.1101和0111B.0111和1101C.1111和0001D.1001和01114.指令系统中，采用立即寻址方式时，操作数直接包含在（）。A.指令的操作码字段B.指令的地址码字段C.程序计数器（PC）D.累加器5.在指令流水线中，提高流水线吞吐率的主要方法是（）。A.增加流水线级数B.减少每级流水线的延迟C.采用更长的指令格式D.增加每级流水线的宽度6.CPU中，用于暂存指令和数据，并能进行算术逻辑运算的部件是（）。A.控制单元（CU）B.算术逻辑单元（ALU）C.寄存器组D.数据通路7.Cache采用全相联映射方式的主要优点是（）。A.地址变换简单B.空间利用率高C.译码器复杂度低D.缺失率最低8.主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘）的主要区别之一是（）。A.存储容量B.存取速度C.成本D.以上都是9.虚拟存储器是为了解决（）问题而引入的。A.主存容量不足B.辅存容量不足C.CPU速度太慢D.I/O速度太慢10.采用DMA方式传输数据时，CPU在数据传输过程中（）。A.必须持续参与B.可以执行其他任务C.只需在传输开始和结束时参与D.完全无需参与11.总线中，用于传输地址信息的总线是（）。A.数据总线B.地址总线C.控制总线D.信号总线12.在计算机系统中，I/O接口位于（）之间。A.CPU和主存B.主存和辅存C.CPU和I/O设备D.I/O设备和电源13.并行处理的目标主要是（）。A.提高计算机的运算速度B.降低计算机的功耗C.增加计算机的存储容量D.减少计算机的硬件成本14.RISC指令系统的特点是（）。A.指令格式复杂，功能强大B.指令格式简单，执行速度慢C.指令格式简单，功能固定D.指令格式复杂，执行速度快15.硬布线控制器是利用（）来实现指令控制的。A.硬件逻辑门电路B.微程序C.软件程序D.专用芯片二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填写在横线上。）1.计算机性能的常用指标有______和______。2.浮点数由______部分和______部分组成。3.指令流水线的主要性能指标是______和______。4.Cache与主存之间的数据拷贝通常采用______策略。5.虚拟存储器需要硬件和______软件共同支持。6.I/O控制方式主要有______、______和______。7.总线仲裁算法主要有______和______两种。8.在存储器层次结构中，______位于最上层，______位于最下层。9.CPU性能提高的重要技术之一是______。10.并行计算的基本思想是将一个大问题分解为多个______的小问题，并行求解。三、简答题（每小题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述CISC和RISC指令系统的区别。2.什么是Cache的“时间局部性”原理？Cache是如何利用这一原理工作的？3.简述中断过程的主要步骤。4.什么是总线？总线通常包含哪几种类型？四、计算题（每小题10分，共20分。请写出计算步骤和结果。）1.某计算机的CPI为2，每条指令的平均执行时间为5ns，现有100条指令需要执行，计算完成这些指令需要多少时间？2.某Cache采用4路组相联映射，共有128KB的存储空间，每个Cache行（组）大小为16KB。主存地址32位，Cache地址位数为14位。当访问主存地址为H2A8FCH的单元时，请计算：（1）主存块号是多少？（2）对应的Cache组号是多少？（3）如果该块在Cache中命中，请给出其在Cache中的行号（或标记）。五、综合题（10分。请根据要求进行分析或设计。）分析提高指令流水线性能的几种主要技术手段，并简要说明其原理。试卷答案一、选择题1.D2.B3.A4.B5.B6.B7.D8.B9.A10.B11.B12.C13.A14.C15.A二、填空题1.运算速度，可靠性2.符号，尾数3.吞吐率，执行时间4.写回（Write-Back）5.软件6.程序查询，中断，DMA7.链式，计数器8.Cache，主存；辅存，寄存器9.多核处理器10.可并行处理三、简答题1.答：CISC（复杂指令集计算机）指令系统指令种类多，格式复杂，功能强大，但执行时间长，硬件实现复杂。RISC（精简指令集计算机）指令系统指令种类少，格式简单，功能相对简单，但执行时间短，硬件实现简单，易于实现流水线。2.答：时间局部性原理是指如果某个数据项被访问，那么它很快会被再次访问。Cache利用这一原理，将近期频繁访问的数据块存放在速度快的Cache中，当再次访问这些数据时，可以直接在Cache中找到，从而提高访问速度。3.答：中断过程的主要步骤包括：中断请求、中断判优、中断响应、保护现场、执行中断服务程序、恢复现场、中断返回。4.答：总线是计算机系统中各部件之间传送信息的公共通路。总线通常包含数据总线、地址总线和控制总线三种类型。数据总线用于传输数据，地址总线用于指定数据传输的地址，控制总线用于传输控制信号。四、计算题1.解：总执行时间=指令条数×CPI×平均指令执行时间总执行时间=100×2×5ns=1000ns答：完成这些指令需要1000ns时间。2.解：（1）主存地址空间大小=2^17B=128MB每块大小=2^14B=16KB=2^4KB=16*1024B=2^8*1024B=2^16B主存块号位数=log2(128MB/16KB)=log2(128*1024/16)=log2(8*1024)=log2(2^3*2^10)=log2(2^13)=13位主存地址=32位，Cache地址=14位主存块号=地址低位的13位，即H2A8FCH的低13位，为H8FCH。块号=8FC16=3518。（2）Cache大小=128KB=2^7*1024B=2^7*2^10B=2^17B每行大小=16KB=2^14BCache行数（组数）=Cache总大小/每行大小=2^17B/2^14B=2^3=8组组相联映射中，组号位数=log2(组数)=log2(8)=3位主存块号H8FCH的前3位为组号，即H8FCH的前3位H2A，组号=2A16=42。（3）若命中，标记=主存块号，行号（组内行号/标记）=主存块号（或标记）的低(路数-1)位。标记H8FCH高(地址总线条数-组号位数-标记位数)位为H，即H28FCH。组内行号=H8FCH的低(4-1)位，即H8FCH的低3位H8CH。行号=8C16=204。答：（1）主存块号是3518（十六进制为H8FCH）。（2）对应的Cache组号是42（十六进制为H2A）。（3）命中时行号（组内标记）是204（十六进制为H8C）。五、综合题答：提高指令流水线性能的主要技术手段有：1.指令流水线优化：将指令执行过程分解为多个阶段，并行执行不同指令的不同阶段，提高吞吐率。2.超标量技术：设置多个流水线，可以同时执行多条指令，显著提高指令执行速度。3.乱序执行（Out-of-OrderExecution）：允许在保证数据依赖和指令顺序的前提下，根据资源可用情况动态地重新排列指令的执行顺序，提高流水线利用率。4.分支预测（BranchPrediction）：预测程序中分支指令的跳转方向，提前启动下一条指令的执行，减少因分支指令导致的流