计算机系统结构期中考试题目

计算机系统结构期中考试题目课程名称：计算机系统结构考试时间：120分钟总分：100分---注意事项：1.请在答题纸指定位置填写姓名、学号等信息。2.所有答案请书写在答题纸指定区域内，超出区域的答案无效。3.字迹工整，卷面整洁，答案清晰可辨。---一、选择题(共15分，每小题3分)1.在计算机系统结构中，以下哪项不属于“透明性”概念的范畴？A.指令系统的具体实现方式B.数据通路的组成细节C.编译器对高级语言的优化处理D.主存的物理地址分配方式2.以下关于RISC和CISC体系结构特点的描述，错误的是：A.RISC通常采用加载/存储（Load/Store）结构B.CISC指令系统中，指令格式和寻址方式较为复杂多样C.RISC的控制逻辑通常采用微程序控制器实现，以简化设计D.CISC指令的执行周期通常较长，且指令执行时间差异较大3.某计算机系统的CPI（每条指令的平均时钟周期数）为1.5，处理器主频为3GHz。若执行某程序需要10亿条指令，则该程序的大致执行时间为：A.0.5秒B.1.0秒C.1.5秒D.2.0秒4.在数据通路的设计中，以下哪种部件通常不是组合逻辑电路？A.算术逻辑单元（ALU）B.多路选择器（MUX）C.程序计数器（PC）D.移位器5.关于中断系统，以下说法正确的是：A.中断向量地址是中断服务程序的入口地址B.为了保证中断响应的实时性，中断处理过程中不允许嵌套中断C.中断屏蔽码的作用是决定中断请求的优先级D.中断服务程序的最后一条指令通常是中断返回指令---二、填空题(共20分，每空2分)1.计算机系统性能评价的主要指标包括吞吐量、响应时间、_______和_______等。2.指令集体系结构（ISA）是_______与_______之间的接口。3.数据通路的功能是实现_______和_______之间的数据传输和运算。4.控制器的设计方法主要有_______控制器和_______控制器两种。5.存储层次的性能参数主要有_______和_______。---三、简答题(共30分，每小题10分)1.简述冯·诺依曼体系结构的核心思想及其主要组成部分。2.请比较组合逻辑控制器和微程序控制器在设计方法、灵活性和执行速度方面的主要差异。3.什么是中断？引入中断系统对计算机系统性能有何积极影响？简要描述一次外中断从发生到处理完成的基本过程。---四、分析与计算题(共40分)1.(15分)假设某计算机的指令系统中，指令分为A、B、C三类。已知各类指令的CPI（时钟周期数）分别为1、2、4。某程序在该计算机上运行，其中A类指令占比40%，B类指令占比35%，C类指令占比25%。（1）计算该程序的平均CPI。（2）若该计算机的主频为某固定值，且程序执行过程中共消耗了X个时钟周期，该程序中A类指令的执行次数为Y条，那么B类和C类指令的执行次数分别是多少（用含Y的表达式表示）？（3）若通过优化编译器，将该程序中部分C类指令替换为功能等效的A类和B类指令组合，使得C类指令占比降至15%，而A类指令占比增加到50%，B类指令占比变为35%。假设替换后A、B类指令的CPI不变，计算优化后的平均CPI，并与优化前比较，说明性能提升的百分比（保留一位小数）。2.(10分)某计算机字长为32位，主存按字节编址。现有一条相对转移指令，其指令格式中包含8位的相对位移量字段。假设该指令执行前，程序计数器（PC）的值为某个地址。请问：（1）该相对转移指令的转移范围是多少（以指令执行前PC值为基准，用十六进制表示偏移量的取值范围，并说明可转移的指令条数范围）？（2）若希望转移范围扩大，在不改变指令字长和寻址方式的前提下，可采取哪些措施？3.(15分)下图为某单周期CPU的部分数据通路示意图（仅示意主要信号流向，部分控制信号和细节未完全画出）。请根据图示回答下列问题：（注：此处应有图，但由于文本限制，请考生根据以下描述答题：假设该CPU包含通用寄存器组（GPRs）、ALU、程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、地址寄存器（MAR）、数据寄存器（MDR）等核心部件，以及必要的多路选择器和控制逻辑。）（1）简述取指令（IF）阶段，CPU内部各主要部件（PC、MAR、MDR、IR）的工作流程和信息传递路径。（2）对于一条算术逻辑运算指令（例如：ADDR1,R2,R3，其功能为R1←R2+R3），在执行（EX）阶段，数据是如何在相关部件间流动并完成运算的？需要哪些主要的控制信号（至少列举三个）？（3）若要实现一条访存指令（例如：L