2025年大学工学（计算机组成原理）试题及答案

2025年大学工学（计算机组成原理）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共40分）每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内。(总共8题，每题5分，每题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。)1.以下关于计算机硬件组成的描述，错误的是（）A.运算器是对数据进行加工处理的部件B.控制器负责控制计算机各部件协调工作C.存储器只能存储数据不能存储程序D.输入输出设备用于实现计算机与外界的信息交换2.计算机中数据的表示形式是（）A.十进制B.二进制C.八进制D.十六进制3.指令系统中采用不同寻址方式的目的是（）A.提高从内存获取数据的速度B.提高从外存获取数据的速度C.降低指令译码难度D.扩大寻址空间并提高编程灵活性4.某计算机字长为32位，其存储容量为4GB，按字编址时，它的寻址范围是（）A.1GBB.4GBC.4MD.1M5.下列关于Cache的描述，正确的是（）A.Cache是一种高速缓冲存储器，用于提高CPU访问内存的速度B.Cache的容量通常比主存大C.Cache的命中率与程序执行的时间无关D.Cache中存放的是主存中任意位置的数据6.计算机的存储系统采用分级存储体系的主要目的是（）A.便于读写数据B.减少主机箱的体积C.解决存储容量、价格和存取速度之间的矛盾D.便于系统升级7.指令流水线中存在的数据相关是指（）A.指令之间存在的顺序执行关系B.指令之间存在的资源竞争关系C.相邻指令中用到相同的寄存器或存储单元导致的冲突D.指令之间存在的控制信号冲突8.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）A.每一条机器指令由一条微指令来执行B.每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行C.一段微程序由一条机器指令来执行D.一条微指令由若干条机器指令组成第II卷（非选择题共60分）填空题(总共4题，每题5分，把答案填在题中横线上。)9.计算机硬件系统由______、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。10.8位二进制数补码表示的范围是______。11.直接寻址方式下，指令中的地址码字段给出的是______的地址。12.计算机中用于表示浮点数的IEEE754标准中，单精度浮点数的格式由______位符号位、______位阶码和______位尾数组成。简答题(总共3题，每题10分，简要回答问题。)13.简述计算机中采用二进制的原因。14.说明中断向量地址和入口地址的区别与联系。15.简述Cache的工作原理。综合题(总共2题，每题15分，要求详细解答，写出主要步骤及答案。)16.已知某计算机的指令格式如下：|OP|A1|A2|D||----|----|----|----|其中，OP为操作码，A1、A2为地址码，D为形式地址。设指令长度为16位，操作码长度为4位，试说明：(1)该指令系统可定义多少条指令？(2)若采用直接寻址方式，操作数的有效地址是多少？(3)若采用间接寻址方式，操作数的有效地址是多少？17.某计算机的主存容量为64KB，Cache容量为2KB，采用直接映射方式。主存地址为32位，按字节编址。(1)画出主存地址到Cache地址的映射关系图。(2)计算主存地址为0x123456的单元映射到Cache中的地址。材料分析题(总共1题，每题20分，阅读以下材料，回答问题。)材料：在计算机系统中，性能优化是一个重要的课题。对于CPU而言，提高其性能可以从多个方面入手。例如，采用更先进的制造工艺可以提高CPU的主频，从而提高指令执行速度；优化指令流水线设计可以减少指令执行的延迟；增加Cache的容量和提高Cache的命中率也能显著提升CPU访问数据的效率。另外，合理的存储层次结构设计，包括高速缓存、主存和辅存的搭配，对于整个计算机系统的性能也有着至关重要的影响。问题：(1)根据材料，简述提高CPU性能的几种方法。(2)分析Cache容量和命中率对CPU性能的影响。答案：第I卷1.C2.B3.D4.D5.A6.C7.C8.B第II卷9.运算器10.-128~12711.操作数12.1、8、23简答题13.计算机中采用二进制的原因主要有：可行性，二进制只有0和1两个数码，易于用物理器件实现；可靠性，二进制的0和1两种状态不容易出错；简易性，二进制运算规则简单；逻辑性，二进制的0和1可方便地表示逻辑值真和假。14.中断向量地址是中断服务程序入口地址的地址，它存放在内存的固定位置。入口地址是中断服务程序真正开始执行的地址。联系是通过中断向量地址找到对应的入口地址。区别在于中断向量地址是入口地址的指针，入口地址是具体的程序执行起始地址。15.Cache的工作原理是：当CPU要访问数据时，首先在Cache中查找。如果找到（命中），则直接从Cache中读取数据，速度很快；如果未找到（未命中），则从主存中读取数据，并将包含该数据的块调入Cache中，同时根据替换策略替换Cache中的某一块，以便下次能更快地找到所需数据。综合题16.(1)操作码长度为4位，可定义的指令数为2^4=16条。(2)直接寻址方式下，操作数的有效地址就是指令中的地址码A1。(3)间接寻址方式下，操作数的有效地址是地址码A1所指向的存储单元中的内容。17.(1)主存地址32位，按字节编址，主存容量64KB=2^^16B，Cache容量2KB=2^11B。主存地址分为Tag（21位）+Index（11位）+Offset（10位）。Cache地址由Index（11位）+Offset（10位）组成。映射关系是主存中每2^11个连续字节块映射到Cache中的一个块。(2)主存地址0x123456，二进制为000010010001101001010110。Index=000010010001101001010110的低11位=000100100011010。Cache地址为0001001000110组成的11位二进制加上主存地址的低10位010110，即0001001000110010110。材料分析题(1)提高CPU性能的方法有：采用更先进制造工艺提高主频；优化指令流水线设计减少延