2025年计算机体系结构测试试题及答案

2025年计算机体系结构测试试题及答案考试时长：120分钟满分：100分一、单选题（总共10题，每题2分，总分20分）1.在计算机体系结构中，下列哪一项不属于CPU的主要性能指标？A.主频B.缓存容量C.字长D.硬盘容量2.RISC指令集的特点不包括以下哪项？A.指令长度固定B.指令执行时间固定C.指令种类繁多D.硬件控制简单3.在冯·诺依曼体系结构中，程序存储的概念意味着什么？A.程序和数据存储在同一个内存中B.程序存储在CPU中，数据存储在内存中C.程序存储在外存中，数据存储在内存中D.程序和数据都存储在外存中4.下列哪种缓存替换算法不属于随机替换算法？A.FIFOB.LRUC.RandomD.LFU5.在总线设计中，下列哪一项不是总线性能的主要影响因素？A.总线宽度B.总线频率C.总线控制方式D.CPU字长6.下列哪种存储器属于非易失性存储器？A.RAMB.ROMC.SRAMD.DRAM7.在多级缓存设计中，L1缓存的访问速度通常比L2缓存快多少倍？A.10倍B.5倍C.2倍D.1倍8.下列哪种并行处理技术不属于SIMD？A.向量处理B.流水线处理C.数据并行D.多线程处理9.在计算机体系结构中，下列哪一项不是总线仲裁的方法？A.链式仲裁B.计算机仲裁C.集中式仲裁D.分布式仲裁10.下列哪种技术不属于内存管理技术？A.分段B.分页C.虚拟内存D.缓存二、填空题（总共10题，每题2分，总分20分）1.计算机体系结构中的_________是指CPU一次能处理的位数。2.RISC指令集通常采用_________编码方式。3.在冯·诺依曼体系结构中，程序和数据都存储在_________中。4.缓存替换算法中的LRU指的是_________。5.总线设计中，_________是指总线每秒传输的数据量。6.非易失性存储器是指断电后_________的数据仍能保存的存储器。7.在多级缓存设计中，L2缓存的访问速度通常比L1缓存慢_________。8.并行处理技术中的SIMD指的是_________。9.总线仲裁中的_________是指多个设备通过链式连接进行仲裁。10.内存管理技术中的_________是将内存分成多个固定大小的页。三、判断题（总共10题，每题2分，总分20分）1.RISC指令集比CISC指令集更复杂。（×）2.冯·诺依曼体系结构中，程序和数据存储在同一个内存中。（√）3.缓存替换算法中的FIFO指的是先进先出。（√）4.总线设计中，总线宽度越大，总线传输速度越快。（√）5.RAM是易失性存储器，断电后数据会丢失。（√）6.在多级缓存设计中，L3缓存的访问速度比L2缓存慢。（√）7.并行处理技术中的MIMD指的是单指令多数据流。（×）8.总线仲裁中的集中式仲裁是指由一个中央控制器进行仲裁。（√）9.内存管理技术中的分页是将内存分成多个固定大小的段。（×）10.缓存是为了提高内存访问速度而设计的。（√）四、简答题（总共3题，每题4分，总分12分）1.简述RISC指令集与CISC指令集的主要区别。答案要点：-RISC指令集：指令长度固定，指令执行时间固定，指令种类少，硬件控制简单。-CISC指令集：指令长度可变，指令执行时间不固定，指令种类多，硬件控制复杂。2.解释什么是缓存命中和缓存未命中，并说明其影响。答案要点：-缓存命中：CPU访问的数据在缓存中找到，访问速度较快。-缓存未命中：CPU访问的数据不在缓存中，需要从主存中读取，访问速度较慢。-影响：缓存命中率越高，系统性能越好。3.简述总线仲裁的基本原理。答案要点：-总线仲裁是指多个设备争用总线使用权的过程。-常见的总线仲裁方法包括链式仲裁、集中式仲裁和分布式仲裁。-总线仲裁的目的是确保总线使用权公平分配，避免冲突。五、应用题（总共2题，每题9分，总分18分）1.假设一个计算机系统采用四级缓存结构，L1缓存容量为64KB，访问速度为1ns；L2缓存容量为256KB，访问速度为5ns；L3缓存容量为2MB，访问速度为10ns；主存容量为256MB，访问速度为50ns。（1）当CPU访问一个数据时，假设L1缓存命中率为90%，L2缓存命中率为80%，L3缓存命中率为70%。求CPU访问该数据的平均访问时间。（2）如果L1缓存未命中时，需要先访问L2缓存，L2缓存未命中时，需要先访问L3缓存，再访问主存。求CPU访问该数据的平均访问时间。解题思路：（1）平均访问时间=L1命中率×L1访问时间+L1未命中率×L2命中率×L2访问时间+L1未命中率×L2未命中率×L3命中率×L3访问时间+L1未命中率×L2未命中率×L3未命中率×主存访问时间（2）平均访问时间=L1命中率×L1访问时间+L1未命中率×(L2命中率×L2访问时间+L2未命中率×(L3命中率×L3访问时间+L3未命中率×主存访问时间))参考答案：（1）平均访问时间=0.9×1ns+0.1×0.8×5ns+0.1×0.2×0.7×10ns+0.1×0.2×0.3×50ns=2.34ns（2）平均访问时间=0.9×1ns+0.1×(0.8×5ns+0.2×(0.7×10ns+0.3×50ns))=3.74ns2.假设一个计算机系统采用流水线技术，指令流水线分为取指、译码、执行、访存和写回五个阶段，每个阶段的执行时间均为1ns。（1）求该计算机系统的吞吐率。（2）如果流水线存在气泡（即某个阶段因数据依赖等原因无法执行），气泡会导致流水线效率降低。假设流水线中有两个气泡，分别出现在第二个和第四个阶段，求该计算机系统的吞吐率。解题思路：（1）吞吐率=1/流水线周期（2）考虑气泡后，流水线周期延长，吞吐率降低参考答案：（1）吞吐率=1/5ns=0.2指令/ns（2）考虑气泡后，流水线周期为8ns，吞吐率=1/8ns=0.125指令/ns【标准答案及解析】一、单选题1.D2.C3.A4.B5.D6.B7.C8.D9.B10.D二、填空题1.字长2.定长3.内存4.最近最少使用5.带宽6.不丢失7.2倍8.单指令多数据流9.链式10.分页三、判断题1.×2.√3.√4.√5.√6.√7.×8.√9.×10.√四、简答题1.答案要点：-RISC指令集：指令长度固定，指令执行时间固定，指令种类少，硬件控制简单。-CISC指令集：指令长度可变，指令执行时间不固定，指令种类多，硬件控制复杂。2.答案要点：-缓存命中：CPU访问的数据在缓存中找到，访问速度较快。-缓存未命中：CPU访问的数据不在缓存中，需要从主存中读取，访问速度较慢。-影响：缓存命中率越高，系统性能越好。3.答案要点：-总线仲裁是指多个设备争用总线使用权的过程。-常见的总线仲裁方法包括链式仲裁、集中式仲裁和分布式仲裁。-总线仲裁的目的是确保总线使用权公平分配，避免冲突。五、应用题1.解题思路：（1）平均访问时间=L1命中率×L1访问时间+L1未命中率×L2命中率×L2访问时间+L1未命中率×L2未命中率×L3命中率×L3访问时间+L1未命中率×L2未命中率×L3未命中率×主存访问时间（2）平均访问时间=L1命中率×L1访问时间+L1未命中率×(L2命中率×L2访问时间+L2未命中率×(L3命中率×L3访问时间+L3未命中率×主存访问时间))参考答案：（1）平均访问时间=0.9×1ns+0.1×0.8×5ns+0.1×0.2×0.7×10ns+0.1×0.2×0.3×50ns=2.34ns（2）平均访问时间=0.9×1