江蘇省專升本2025年計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)之一是（）。A.指令和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)空間中B.采用復(fù)雜的硬件電路進(jìn)行邏輯控制C.每個(gè)指令只能執(zhí)行一次操作D.必須使用高速緩存存儲(chǔ)器2.指令周期通常由（）組成。A.取指、譯碼、執(zhí)行B.取指、訪存、執(zhí)行C.取指、執(zhí)行、寫回D.取指、訪存、寫回3.在指令系統(tǒng)中，操作數(shù)尋址方式是指令中（）。A.操作碼的位置B.地址碼的位置C.標(biāo)志碼的位置D.狀態(tài)碼的位置4.采用補(bǔ)碼表示法時(shí)，[-5]補(bǔ)和[+5]補(bǔ)在機(jī)器中的二進(jìn)制表示分別是（）。A.1011和0101B.1111和0101C.1011和1011D.1111和11115.CPU訪問(wèn)主存的地址通常是（）。A.物理地址B.邏輯地址C.有效性地址D.位移地址6.Cache的主要目的是（）。A.增加主存的容量B.提高主存的讀寫速度C.增加CPU的運(yùn)算速度D.降低存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本7.采用直接映射方式時(shí)，Cache塊號(hào)和主存塊號(hào)的位數(shù)關(guān)系是（）。A.Cache塊號(hào)位數(shù)>主存塊號(hào)位數(shù)B.Cache塊號(hào)位數(shù)<主存塊號(hào)位數(shù)C.Cache塊號(hào)位數(shù)=主存塊號(hào)位數(shù)D.取決于具體芯片設(shè)計(jì)8.在總線結(jié)構(gòu)中，為了解決多個(gè)部件同時(shí)訪問(wèn)總線的問(wèn)題，通常采用（）策略。A.串行傳輸B.并行傳輸C.總線仲裁D.節(jié)點(diǎn)編碼9.I/O接口位于（）之間。A.CPU和主存B.主存和外圍設(shè)備C.CPU和外圍設(shè)備D.控制器和外圍設(shè)備10.衡量計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)之一是（）。A.主頻B.字長(zhǎng)C.MIPSD.以上都是二、填空題（每空1分，共10分）1.計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間稱為________周期。2.在指令系統(tǒng)中，R型指令通常執(zhí)行________操作。3.假設(shè)Cache的大小為64KB，主存的大小為4GB，主存塊大小為4KB，采用直接映射方式，則主存地址需要________位來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)字。4.總線按傳輸信息類型可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和________總線。5.I/O控制方式主要有程序查詢方式、中斷方式和________方式。三、判斷題（每題1分，共5分）1.運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算和邏輯判斷的部件，它也被稱為中央處理器（CPU）。（）2.堆棧是一種特殊的存儲(chǔ)器，只能進(jìn)行先進(jìn)后出（FILO）的操作。（）3.相比于直接映射，全相聯(lián)映射方式具有更高的地址轉(zhuǎn)換復(fù)雜度和更低的沖突率。（）4.在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線是連接各個(gè)部件的公共信息傳輸線路。（）5.I/O設(shè)備直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，無(wú)需經(jīng)過(guò)接口。（）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)有哪些。2.簡(jiǎn)述中斷過(guò)程的主要步驟。3.簡(jiǎn)述Cache與主存之間數(shù)據(jù)的一致性保持方法。4.簡(jiǎn)述總線判優(yōu)（仲裁）的主要方法。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用4路組相聯(lián)映射方式，Cache的大小為128KB，主存的大小為1MB，主存塊大小為16KB。當(dāng)訪問(wèn)主存地址為十六進(jìn)制A1F8H時(shí)，請(qǐng)計(jì)算：a.該地址對(duì)應(yīng)的物理主存塊號(hào)是多少？b.該地址對(duì)應(yīng)的Cache組號(hào)是多少？c.如果該塊在Cache中命中，請(qǐng)給出相應(yīng)的Cache塊號(hào)。2.某計(jì)算機(jī)主頻為2.4GHz，平均每條指令執(zhí)行2個(gè)時(shí)鐘周期，平均每條指令訪問(wèn)內(nèi)存一次，內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間為50ns。假設(shè)指令流水線有5個(gè)階段，每個(gè)階段耗時(shí)相同。請(qǐng)計(jì)算：a.該計(jì)算機(jī)的平均指令執(zhí)行速度（MIPS）。b.如果流水線效率為80%，則完成1M條指令需要多少時(shí)間？六、分析題（每題15分，共30分）1.某計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)由一個(gè)容量為256MB的主存和一個(gè)容量為64MB的Cache組成。主存和Cache之間采用直接映射方式，主存塊大小和Cache塊大小均為4KB。當(dāng)CPU訪問(wèn)主存地址為十六進(jìn)制00001234H時(shí)，請(qǐng)分析：a.該地址對(duì)應(yīng)的物理主存塊號(hào)和字內(nèi)偏移量分別是多少？b.該地址對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)是多少？c.假設(shè)該塊初始時(shí)不在Cache中（Cache未命中），請(qǐng)描述訪存過(guò)程（包括主存到Cache的數(shù)據(jù)傳輸）。d.假設(shè)該塊已在Cache中，請(qǐng)描述訪存過(guò)程。2.比較總線互連方式和通道方式在結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)方面的主要區(qū)別。試卷答案一、選擇題1.A2.A3.B4.A5.A6.C7.C8.C9.B10.D二、填空題1.指令2.算術(shù)邏輯3.304.控制器5.DMA三、判斷題1.×2.√3.√4.√5.×四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)有哪些。解析思路：從衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率、速度和能力的角度出發(fā)，列出關(guān)鍵指標(biāo)。答：主要性能指標(biāo)包括主頻、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度（MIPS）、CPU性能比、內(nèi)存訪問(wèn)周期、I/O速度、可靠性、可擴(kuò)展性等。2.簡(jiǎn)述中斷過(guò)程的主要步驟。解析思路：按照中斷發(fā)生的順序，描述CPU如何響應(yīng)和處理中斷請(qǐng)求。答：中斷過(guò)程的主要步驟包括：中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷隱含轉(zhuǎn)移、中斷服務(wù)、中斷返回。其中，中斷隱含轉(zhuǎn)移通常包括保存現(xiàn)場(chǎng)和獲取中斷向量，中斷服務(wù)是執(zhí)行中斷處理程序，中斷返回是恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。3.簡(jiǎn)述Cache與主存之間數(shù)據(jù)的一致性保持方法。解析思路：說(shuō)明當(dāng)主存數(shù)據(jù)被修改時(shí)，如何保證Cache中的相應(yīng)數(shù)據(jù)也得到更新，常用的有寫直達(dá)和寫回兩種策略。答：數(shù)據(jù)一致性保持方法主要有寫直達(dá)和寫回兩種策略。寫直達(dá)策略是在修改主存數(shù)據(jù)的同時(shí)也直接修改Cache中的數(shù)據(jù)；寫回策略是在修改Cache中的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的修改數(shù)據(jù)暫不寫回主存，而是在該塊數(shù)據(jù)被替換或特定條件下才寫回主存。4.簡(jiǎn)述總線判優(yōu)（仲裁）的主要方法。解析思路：說(shuō)明在多個(gè)設(shè)備同時(shí)請(qǐng)求總線時(shí)，如何決定哪個(gè)設(shè)備可以使用總線，常見的有鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求三種方式。答：總線判優(yōu)（仲裁）的主要方法有鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求三種方式。鏈?zhǔn)讲樵兎绞街校偩€請(qǐng)求信號(hào)按固定順序傳遞，優(yōu)先級(jí)也固定；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式中，總線控制器按預(yù)設(shè)計(jì)數(shù)序列查詢?cè)O(shè)備請(qǐng)求，優(yōu)先級(jí)與查詢順序有關(guān)；獨(dú)立請(qǐng)求方式中，每個(gè)設(shè)備都有獨(dú)立的請(qǐng)求線和授權(quán)線，總線控制器根據(jù)優(yōu)先級(jí)邏輯決定授權(quán)。五、計(jì)算題1.假設(shè)某計(jì)算機(jī)的Cache采用4路組相聯(lián)映射方式，Cache的大小為128KB，主存的大小為1MB，主存塊大小為16KB。當(dāng)訪問(wèn)主存地址為十六進(jìn)制A1F8H時(shí)，請(qǐng)計(jì)算：a.該地址對(duì)應(yīng)的物理主存塊號(hào)是多少？b.該地址對(duì)應(yīng)的Cache組號(hào)是多少？c.如果該塊在Cache中命中，請(qǐng)給出相應(yīng)的Cache塊號(hào)。解析思路：a.物理主存地址轉(zhuǎn)換為塊號(hào)：主存總塊數(shù)=主存大小/塊大小。塊號(hào)計(jì)算時(shí)，需將地址右移塊大小位數(shù)。b.組相聯(lián)映射：組號(hào)=(塊號(hào)/組數(shù))。組數(shù)=Cache大小/(塊大小*組路數(shù))。c.命中則組內(nèi)塊號(hào)=塊號(hào)mod組路數(shù)。答：a.主存總塊數(shù)=1MB/16KB=64。物理主存塊號(hào)=A1F8H/1000H=1F8H=808。b.組數(shù)=128KB/(16KB*4)=2。塊號(hào)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制=10001111000。右移12位（4KB=2^12）=1000111。組號(hào)=1000111/10=111=7H。c.組內(nèi)塊號(hào)=808mod4=0。2.某計(jì)算機(jī)主頻為2.4GHz，平均每條指令執(zhí)行2個(gè)時(shí)鐘周期，平均每條指令訪問(wèn)內(nèi)存一次，內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間為50ns。假設(shè)指令流水線有5個(gè)階段，每個(gè)階段耗時(shí)相同。請(qǐng)計(jì)算：a.該計(jì)算機(jī)的平均指令執(zhí)行速度（MIPS）。b.如果流水線效率為80%，則完成1M條指令需要多少時(shí)間？解析思路：a.MIPS=主頻/(每條指令時(shí)鐘周期數(shù)/指令數(shù))?？紤]內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間對(duì)總周期的影響。b.流水線時(shí)間=流水線深度/流水線效率*周期時(shí)間。周期時(shí)間=內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間*指令數(shù)/訪問(wèn)次數(shù)。答：a.指令執(zhí)行時(shí)鐘周期數(shù)=2+1*50ns/(2.4GHz/2)=2+50*10^-9/(1.2*10^9)=2+50/1.2=2+41.67=43.67。MIPS=2.4*10^9/43.67=54.87MIPS。b.周期時(shí)間=50ns*1/1=50ns。流水線時(shí)間=5/0.8*50ns=6.25*50ns=312.5ns。完成1M條指令時(shí)間=312.5ns*10^6=312.5ms。六、分析題1.某計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)由一個(gè)容量為256MB的主存和一個(gè)容量為64MB的Cache組成。主存和Cache之間采用直接映射方式，主存塊大小和Cache塊大小均為4KB。當(dāng)CPU訪問(wèn)主存地址為十六進(jìn)制00001234H時(shí)，請(qǐng)分析：a.該地址對(duì)應(yīng)的物理主存塊號(hào)和字內(nèi)偏移量分別是多少？b.該地址對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)是多少？c.假設(shè)該塊初始時(shí)不在Cache中（Cache未命中），請(qǐng)描述訪存過(guò)程（包括主存到Cache的數(shù)據(jù)傳輸）。d.假設(shè)該塊已在Cache中，請(qǐng)描述訪存過(guò)程。解析思路：a.地址分解：物理地址=塊號(hào)*塊大小+字內(nèi)偏移。塊號(hào)=地址/塊大小。b.直接映射：Cache塊號(hào)=物理主存塊號(hào)。c.未命中：需從主存讀取數(shù)據(jù)到Cache對(duì)應(yīng)塊，并更新Cache狀態(tài)。d.命中：直接從Cache讀取數(shù)據(jù)。答：a.主存塊大小=4KB=2^12Bytes。物理主存塊號(hào)=00001234H/1000H=1234H=4660。字內(nèi)偏移量=00001234Hmod1000H=1234H=4660。b.Cache大小=64MB=2^16*4KB=2^18塊。主存大小=256MB=2^18*4KB=2^20塊。直接映射，Cache塊號(hào)=物理主存塊號(hào)=4660。c.未命中：Cache塊號(hào)4660對(duì)應(yīng)的塊未命中，需從主存塊4660讀取4KB數(shù)據(jù)到Cache塊4660，并設(shè)置Cache狀態(tài)為“有效”。d.命中：Cache塊號(hào)4660對(duì)應(yīng)的塊命中，直接從Cache塊4660讀取所需數(shù)據(jù)（地址1234H對(duì)應(yīng)的字）。2.比較總線互連方式和通道方式在結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)方面的主要區(qū)別。解析思路：從總線控制、設(shè)備連接、信息傳輸、性能等方面進(jìn)行對(duì)比。答：總線互連方式和通道方式的主要區(qū)別如下：