(2025年)【强烈】计算机组成原理期末考试试卷及答案

(2025年)【强烈】计算机组成原理期末考试试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列关于计算机硬件系统的描述中，错误的是（）。A.计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成B.运算器主要负责对数据进行算术运算和逻辑运算C.控制器是计算机的指挥中心，它负责从存储器中取出指令并进行译码和执行D.存储器只能存储程序，不能存储数据答案：D。存储器既可以存储程序，也可以存储数据。计算机在运行过程中，会将程序和数据都存储在存储器中，以便CPU进行读取和处理。2.以下关于机器数的说法，正确的是（）。A.原码、反码和补码的表示范围相同B.正数的原码、反码和补码相同C.负数的原码、反码和补码相同D.补码不能表示-1答案：B。对于正数，原码、反码和补码的表示形式是相同的。原码是直接用二进制表示数值，反码是在原码的基础上，符号位不变，其余位取反；补码是在反码的基础上加1。负数的原码、反码和补码是不同的。补码可以表示-1，例如在8位二进制中，-1的补码是11111111。3.某计算机字长为32位，其存储容量为1GB，若按字编址，它的寻址范围是（）。A.0-2^30-1B.0-2^29-1C.0-2^32-1D.0-2^28-1答案：B。1GB=2^30B，字长为32位=4B，按字编址，寻址范围=2^30B/4B=2^28个字，寻址范围是0-2^29-1。4.下列关于指令周期的说法，正确的是（）。A.指令周期等于机器周期B.指令周期小于机器周期C.指令周期大于机器周期D.指令周期和机器周期没有关系答案：C。指令周期是指CPU从取出一条指令并执行该指令所需的全部时间，机器周期是CPU完成一个基本操作所需的时间。一个指令周期通常包含多个机器周期，所以指令周期大于机器周期。5.若某存储器芯片地址线为12根，那么它的存储容量为（）。A.1KBB.2KBC.4KBD.8KB答案：C。地址线为12根，存储单元个数为2^12=4096个，若按字节编址，存储容量=2^12B=4KB。6.下列关于Cache的说法，错误的是（）。A.Cache是一种高速缓冲存储器B.Cache的作用是提高CPU访问存储器的速度C.Cache的容量一般比主存大D.Cache可以减少CPU等待数据的时间答案：C。Cache是一种高速缓冲存储器，其作用是提高CPU访问存储器的速度，减少CPU等待数据的时间。Cache的容量一般比主存小很多，它是利用局部性原理，将CPU近期可能会访问的数据和指令预先存储在其中，以加快访问速度。7.某计算机的指令系统中，指令格式为操作码+地址码，若操作码长度为8位，则该指令系统最多可以有（）条不同的指令。A.128B.256C.512D.1024答案：B。操作码长度为8位，不同的操作码组合数为2^8=256种，所以该指令系统最多可以有256条不同的指令。8.在微程序控制器中，微指令的控制方式有（）。A.同步控制和异步控制B.直接控制和间接控制C.水平型微指令和垂直型微指令D.静态控制和动态控制答案：C。在微程序控制器中，微指令的控制方式主要分为水平型微指令和垂直型微指令。水平型微指令并行操作能力强，执行速度快，但微指令字长较长；垂直型微指令类似于机器指令，微指令字长较短，但并行操作能力弱，执行速度慢。9.下列关于总线的说法，正确的是（）。A.总线是连接计算机各部件的一组公共信号线B.总线只能单向传输数据C.总线的带宽只与总线的工作频率有关D.总线不需要仲裁机制答案：A。总线是连接计算机各部件的一组公共信号线，用于在各部件之间传输数据、地址和控制信息。总线可以双向传输数据，总线的带宽与总线的工作频率和数据传输位数有关。为了避免多个设备同时占用总线而产生冲突，总线需要仲裁机制来决定哪个设备可以使用总线。10.若某计算机的主频为500MHz，每个指令周期平均包含4个机器周期，每个机器周期包含4个时钟周期，则该计算机的平均指令执行速度为（）MIPS。A.25B.31.25C.62.5D.125答案：B。时钟周期=1/主频=1/500MHz=2ns，机器周期=4个时钟周期=8ns，指令周期=4个机器周期=32ns，平均指令执行速度=1/指令周期=1/(32×10^-9)s=31.25MIPS。11.下列关于浮点数的表示，错误的是（）。A.浮点数由阶码和尾数两部分组成B.阶码表示小数点的位置C.尾数表示数值的有效数字D.浮点数的表示范围和精度只与尾数有关答案：D。浮点数由阶码和尾数两部分组成，阶码表示小数点的位置，尾数表示数值的有效数字。浮点数的表示范围主要由阶码决定，精度主要由尾数决定，所以浮点数的表示范围和精度与阶码和尾数都有关。12.在CPU中，程序计数器（PC）的作用是（）。A.存放当前正在执行的指令B.存放下一条要执行的指令的地址C.存放运算结果D.存放操作数答案：B。程序计数器（PC）用于存放下一条要执行的指令的地址，CPU根据PC的值从存储器中取出指令并执行，每取出一条指令，PC的值会自动更新，指向下一条指令的地址。13.下列关于DMA方式的说法，正确的是（）。A.DMA方式是由CPU直接控制数据传输B.DMA方式不需要CPU参与任何操作C.DMA方式可以在主存和外设之间直接进行数据传输D.DMA方式的传输速度比程序查询方式慢答案：C。DMA（直接内存访问）方式可以在主存和外设之间直接进行数据传输，不需要CPU直接控制数据传输，但在DMA传输开始前和结束后，CPU还是需要进行一些初始化和结束处理等操作。DMA方式的传输速度比程序查询方式快很多，因为它减少了CPU的干预。14.某计算机采用双操作数指令格式，操作数地址存放在指令中，这种寻址方式称为（）。A.立即寻址B.直接寻址C.间接寻址D.寄存器寻址答案：B。直接寻址是指操作数的地址直接存放在指令中，CPU根据指令中的地址直接从存储器中取出操作数。立即寻址是指操作数直接包含在指令中；间接寻址是指指令中给出的是操作数地址的地址；寄存器寻址是指操作数存放在寄存器中。15.下列关于中断的说法，错误的是（）。A.中断是指CPU在执行程序过程中，遇到某些特殊情况时，暂停当前程序的执行，转去处理这些特殊情况B.中断可以提高CPU的利用率C.中断源可以是外部设备，也可以是内部程序错误D.所有中断请求都会立即得到CPU的响应答案：D。并不是所有中断请求都会立即得到CPU的响应，CPU在响应中断时需要满足一定的条件，例如当前指令执行完毕、中断允许标志位为允许等。中断是指CPU在执行程序过程中，遇到某些特殊情况时，暂停当前程序的执行，转去处理这些特殊情况，中断可以提高CPU的利用率，中断源可以是外部设备，也可以是内部程序错误。二、填空题（每题2分，共20分）1.计算机中常用的数制有二进制、八进制、十进制和______。答案：十六进制2.若[X]补=10011000，则X的真值为______。答案：-1101000。补码10011000对应的原码为11101000（符号位不变，其余位取反加1），所以真值为-1101000。3.存储器的主要性能指标有存储容量、存取速度和______。答案：可靠性4.指令系统按指令格式可分为定长指令格式和______。答案：变长指令格式5.微程序控制器中，微程序存放在______中。答案：控制存储器6.总线按功能可分为数据总线、地址总线和______。答案：控制总线7.浮点数的规格化是指尾数的最高位为______。答案：18.CPU中，用于暂存运算结果的寄存器是______。答案：累加器9.DMA控制器主要由______、地址寄存器、数据寄存器和控制逻辑等组成。答案：命令/状态寄存器10.中断处理过程一般包括中断请求、______、中断响应、中断处理和中断返回。答案：中断判优三、简答题（每题10分，共30分）1.简述计算机硬件系统的五大组成部分及其功能。答：计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。-运算器：主要负责对数据进行算术运算和逻辑运算，是计算机进行数据处理的核心部件。例如，在进行数值计算时，运算器可以完成加、减、乘、除等算术运算；在进行逻辑判断时，运算器可以完成与、或、非等逻辑运算。-控制器：是计算机的指挥中心，它负责从存储器中取出指令并进行译码和执行。控制器根据指令的要求，向计算机的各个部件发出控制信号，协调各部件的工作，使计算机能够按照程序的要求自动、有序、协调地完成各种操作。-存储器：用于存储程序和数据，是计算机记忆信息的部件。存储器可以分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。主存储器速度快，但容量相对较小；辅助存储器容量大，但速度相对较慢。-输入设备：用于将外部的信息（如数据、程序、命令等）输入到计算机中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、麦克风等。-输出设备：用于将计算机处理后的结果以人们能够识别的形式输出。常见的输出设备有显示器、打印机、音箱等。2.简述Cache的工作原理。答：Cache的工作原理基于程序访问的局部性原理，包括时间局部性和空间局部性。-时间局部性：是指如果一个存储单元被访问，那么在不久的将来它很可能会再次被访问。例如，在一个循环程序中，循环体内的指令和数据会被多次重复访问。-空间局部性：是指如果一个存储单元被访问，那么与它相邻的存储单元也很可能会被访问。例如，在访问一个数组时，通常会依次访问数组中的各个元素。Cache是介于CPU和主存之间的高速缓冲存储器。当CPU要访问主存中的数据时，首先会在Cache中查找该数据。如果该数据在Cache中（命中），则直接从Cache中读取数据，这样可以大大提高访问速度；如果该数据不在Cache中（未命中），则需要从主存中读取该数据，并将该数据以及其相邻的一部分数据一起调入Cache中，以便后续可能的访问。Cache会不断地更新其中的数据，以保证Cache中存储的是CPU近期可能会访问的数据。3.简述中断处理的过程。答：中断处理过程一般包括以下几个步骤：-中断请求：外部设备或内部程序在需要CPU处理某些特殊情况时，会向CPU发出中断请求信号。例如，当键盘有按键按下时，键盘控制器会向CPU发出中断请求。-中断判优：当有多个中断请求同时到来时，需要根据中断源的优先级对这些中断请求进行排队，确定哪个中断请求优先得到处理。中断优先级的设置通常是根据中断源的重要性和紧急程度来确定的。-中断响应：CPU在满足一定条件（如当前指令执行完毕、中断允许标志位为允许等）时，会响应中断请求。CPU会暂停当前正在执行的程序，保存当前程序的现场（如程序计数器、寄存器等的值），然后将程序控制权转移到相应的中断服务程序入口地址。-中断处理：CPU执行相应的中断服务程序，对中断事件进行处理。中断服务程序通常包括保护现场、执行中断处理任务、恢复现场等操作。-中断返回：当中断服务程序执行完毕后，CPU会恢复之前保存的现场，将程序控制权返回给原来被中断的程序，继续执行原来的程序。四、综合题（每题10分，共20分）1.已知某计算机的指令系统采用定长指令格式，指令长度为16位，操作码长度为6位，地址码长度为10位。若采用单地址指令和双地址指令两种格式，且双地址指令有16条，问单地址指令最多可以有多少条？解：-操作码长度为6位，总的操作码组合数为2^6=64种。-双地址指令有16条，占用了16种操作码组合。-剩余的操作码组合数为64-16=48种。-对于单地址指令，由于操作码可以扩展，这48种操作码中的每一种都可以扩展出2^10种单地址指令。-所以单地址指令最多可以有48×2^10=49152条。2.某计算机的主存容量为1MB，Cache容量为16KB，块长为16B。采用直接映射方式，试计算：（1）主存地址和Cache地址各多少位？（2）主存地址如何划分？各部分的位数是多少？解：（1）-主存容量为1MB=2^20B，所以主存地址为20位。-Cache容量为16KB=2^14B，块长为16