计算机组成原理考核试题及答案

计算机组成原理考核试题及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：计算机组成原理考核试题考核对象：计算机科学与技术专业本科二年级学生题型分值分布：-判断题（总共10题，每题2分）总分20分-单选题（总共10题，每题2分）总分20分-多选题（总共10题，每题2分）总分20分-案例分析（总共3题，每题6分）总分18分-论述题（总共2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.CPU的主要功能是进行算术逻辑运算和控制操作。2.在冯·诺依曼体系结构中，程序和数据存储在同一个存储器中。3.寄存器间接寻址方式中，操作数的有效地址存储在寄存器中。4.指令周期是指执行一条指令所需的最短时间。5.Cache的命中率越高，主存访问次数越多。6.RISC指令集通常比CISC指令集更复杂。7.数据通路是CPU内部连接各功能部件的信号传输线路。8.ALU（算术逻辑单元）是CPU的核心部件之一。9.总线宽度越大，数据传输速率越低。10.并行处理技术可以提高计算机的运算速度。二、单选题（每题2分，共20分）1.下列哪种寻址方式中，操作数的有效地址是直接在指令中给出的？A.立即寻址B.直接寻址C.间接寻址D.寄存器寻址2.Cache的替换算法中，LRU（最近最少使用）算法的原理是？A.优先替换最先进入的页面B.优先替换最久未使用的页面C.随机替换页面D.优先替换访问频率最高的页面3.在计算机中，指令的执行过程通常分为哪三个阶段？A.取指、译码、执行B.取指、执行、写回C.译码、执行、写回D.取指、译码、写回4.下列哪种存储器属于易失性存储器？A.ROMB.RAMC.EPROMD.Flash5.总线周期是指完成一次总线操作所需的时间，通常包括哪几个阶段？A.请求、分配、传输、释放B.请求、等待、传输、释放C.启动、传输、结束D.请求、传输、结束6.在RISC指令集架构中，下列哪种指令不属于基本指令？A.装载指令B.存储指令C.跳转指令D.逻辑运算指令7.Cache的写策略中，写直达（Write-Through）的缺点是？A.增加写操作延迟B.减少写操作延迟C.提高Cache命中率D.降低系统性能8.在计算机系统中，中断是指？A.程序执行过程中的意外事件B.CPU主动请求外部设备服务C.外部设备主动请求CPU服务D.程序执行过程中的正常跳转9.数据通路中的寄存器主要用于？A.存储中间结果B.控制指令执行C.缓存数据D.传输数据10.并行处理技术中，SIMD（单指令多数据）的原理是？A.用多条指令同时处理多个数据B.用一条指令同时处理多个数据C.用多个处理器同时执行不同指令D.用多个处理器同时执行相同指令三、多选题（每题2分，共20分）1.下列哪些属于CPU的主要性能指标？A.主频B.Cache容量C.字长D.倍频2.Cache的替换算法中，FIFO（先进先出）算法的原理是？A.优先替换最先进入的页面B.优先替换最久未使用的页面C.随机替换页面D.优先替换访问频率最高的页面3.在计算机系统中，总线通常包括哪些类型？A.数据总线B.地址总线C.控制总线D.信号总线4.RISC指令集的特点包括？A.指令长度固定B.指令格式简单C.指令执行时间固定D.指令数量多5.Cache的写策略中，写回（Write-Back）的优点是？A.减少写操作延迟B.提高Cache利用率C.增加写操作延迟D.降低系统性能6.在计算机系统中，中断处理过程通常包括哪些步骤？A.中断请求B.中断识别C.中断响应D.中断返回7.数据通路中的寄存器主要有哪些类型？A.累加器B.程序计数器C.数据缓冲器D.地址寄存器8.并行处理技术中，MIMD（多指令多数据）的原理是？A.用多条指令同时处理多个数据B.用一条指令同时处理多个数据C.用多个处理器同时执行不同指令D.用多个处理器同时执行相同指令9.总线周期中，通常包括哪些阶段？A.请求B.分配C.传输D.释放10.Cache的命中率影响因素包括？A.Cache容量B.主存容量C.替换算法D.访问模式四、案例分析（每题6分，共18分）1.案例背景：某计算机系统采用32位地址线和32位数据总线，主存容量为4GB，Cache采用直接映射方式，容量为256KB，块大小为32字节。当CPU访问主存地址0x1F2A8时，请计算：（1）主存地址转换为字节的偏移地址和块号。（2）Cache地址的行号和块内地址。（3）如果Cache未命中，需要访问主存，请说明替换算法的选择过程。2.案例背景：某RISC处理器采用5级流水线（取指、译码、执行、访存、写回），每级流水线延迟为1ns。假设某条指令的执行过程如下：-指令1：加载操作，需要访存。-指令2：寄存器到寄存器运算，不需要访存。-指令3：存储操作，需要访存。请计算：（1）指令1的完成时间。（2）指令2的完成时间。（3）指令3的完成时间。3.案例背景：某计算机系统采用中断机制，中断优先级从高到低为：硬件故障、时钟中断、I/O中断、软件中断。当CPU正在执行程序时，同时发生硬件故障和时钟中断，请说明中断处理过程。五、论述题（每题11分，共22分）1.论述题：请论述Cache的工作原理及其对计算机系统性能的影响，并比较直接映射、全相联映射和组相联映射三种映射方式的优缺点。2.论述题：请论述并行处理技术的分类及其应用场景，并分析并行处理技术对计算机系统性能的提升效果。---标准答案及解析一、判断题1.√2.√3.√4.×（指令周期是指执行一条指令所需的时间，不一定是最短时间）5.×（Cache的命中率越高，主存访问次数越少）6.×（RISC指令集通常比CISC指令集更简单）7.√8.√9.×（总线宽度越大，数据传输速率越高）10.√解析：-第4题：指令周期是执行一条指令所需的时间，不一定是最短时间，因为某些指令可能需要多个时钟周期。-第5题：Cache的命中率越高，表示更多访问可以直接在Cache中找到，从而减少主存访问次数。-第6题：RISC指令集的特点是简单、规整，指令数量少，执行时间固定。-第9题：总线宽度越大，可以同时传输更多数据，提高传输速率。二、单选题1.B2.B3.A4.B5.A6.D7.A8.C9.A10.B解析：-第1题：直接寻址方式中，操作数的有效地址直接存储在指令中。-第3题：指令执行过程通常分为取指、译码、执行三个阶段。-第4题：RAM是易失性存储器，断电后数据丢失。-第8题：中断是指外部设备主动请求CPU服务。-第10题：SIMD用一条指令同时处理多个数据。三、多选题1.A,C,D2.A,C3.A,B,C4.A,B,C5.A,B6.A,B,C,D7.A,B,C,D8.C,D9.A,B,C,D10.A,B,C,D解析：-第1题：CPU性能指标包括主频、字长、缓存容量等。-第2题：FIFO算法优先替换最先进入的页面。-第6题：中断处理过程包括中断请求、识别、响应、返回。-第8题：MIMD用多个处理器同时执行不同指令。四、案例分析1.解析：（1）主存地址0x1F2A8转换为字节的偏移地址为0x2A8，块号为0x1F2。（2）Cache地址行号为0x1F2，块内地址为0x2A8。（3）直接映射方式下，块号与行号相同，未命中时直接替换主存对应块。2.解析：（1）指令1完成时间为5ns（5级流水线延迟）。（2）指令2完成时间为3ns（不访存，跳过访存阶段）。（3）指令3完成时间为5ns。3.解析：中断处理过程：-硬件故障优先级高，立即响应。-时钟中断次之，等待硬件故障处理完毕后响应。五、论述题1.论述：Cache工作原理：Cache是介于CPU和主存之间的高速存储器，通过存储近期频繁访问的数据，减少主存访问次数，提高系统性能。其影响包括：-提高访问速度：Cache访问时间远低于主存。-降低访问成本：减少主存访问次数，节省功耗。映射方式比较：