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计算机组成原理与系统结构

[模拟]计算机组成原理与系统结构

选择题

第1题：

关于计算机体系结构及其分类，有下述说法：

1Flynn分类法根据指令流和数据流的多倍性对计算机体系结构进行分类。

2除了Flynn分类法之外，冯泽云还提出用最大并行度对计算机体系结构进行分类。

3计算机系统结构所解决的问题是计算机系统总体上、功能上需要解决的问题，而计算机组成要解决的是逻辑上如何具体实现的问题。

4所有计算机系统都基于冯·诺依曼结构。

其中，正确的说法有。

A.①②③

B.②③④

C.①②③④

D.①②④

参考答案：

A

计算机系统结构所解决的问题是计算机系统总体上、功能上需要解决的问题，而计算机组成要解决的是逻辑上如何具体实现的问题。

例如，指令系统的确定属于计算机体系结构范畴，而指令的具体实现则属于计算机组成范畴，主存容量及编址方式的确定属于计算机体系结构范畴，而如何构成主存则属于计算机组成范畴。

有许多方法对计算机系统结构进行了分类，除了Flynn分类法之外，还有其它的分类方法，例如，冯泽云提出用最大并行度对计算机体系结构进行分类。

另外，可按照程序流程机制将计算机体系结构分为以下三类：

（1）控制流计算机。

这是通常见到的计算机，使用程序计数器（PC）来确定下一条指令的地址。

指令程序流由程序员直接控制，其主存是共享的，存储区可以被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行性不利。

（2）数据流计算机。

在冯·诺依曼体系中是指令流驱动的，而数据流则是处于被动地位的，这看起来合理，但在某些时候也不尽然。

相对的是数据流驱动，即一旦数据准备好，则立即开始执行相关的指令，非冯·诺依曼体系仍然在探索中，但对冯·诺依曼体系的改良也有相当好的成果，即流水线技术和并行计算机。

在数据流计算机中，数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送，成为令牌。

当需要使用该数据的指令收到令牌，开始执行之后，该令牌即消失，执行的指令将执行的结果数据当做新的令牌发送。

这种方式不再需要程序计数器、共享的存储器，但是需要甩于检测数据可用性的专门部件，建立、识别、处理数据令牌标记，需要时间和空间开销。

在其他一些方面，数据流计算机还有一些困难需要克服。

在数据流计算机中由于没有程序计数器，使得程序的调试和诊断变得困难；没有共享的存储器，也就无法控制其分配，无法支持数组、递归等操作。

（3）归约机（ReductionsMachine）。

归约机又称为需求驱动，是由对一个操作结果的需求而启动的。

归约机采用一种“惰性计算”的方式，操作只在另一条指令需要这个操作的结果时才执行。

比如在计算5+（6×2-10）时，归约机并非先去计算6×2，而是先计算整个算式，碰到（6×2-10）再启动一个过程去计算它，最后需要计算6×2，计算后一层层退回，得到整个算术的值。

由于需求驱动可减少那些不必要的求值操作，因而可以提高系统效率。

归约机是一种面向函数式的语言，或以函数式语言为机器语言的机器，要有函数定义存储器和表达式存储；操作和数据合并存储。

需要大容量物理存储器并采用大虚拟存储容量的虚拟存储器，来满足对动态存储分配和大容量的存储空问的需求。

综上所述，可知④是错误的，其它的都正确。

第2题：

在中断响应过程中，CPU保护程序计数器的主要目的是。

A.使CPU能找到中断服务程序的入口地址

B.为了实现中断嵌套

C.为了使CPU在执行完中断服务程序时能回到被中断程序的断点处

D.为了使CPU与I/O设备并行工作

参考答案：

C

中断响应过程大致如下：

CPU收到中断请求信号后，如果CPU内部的中断允许触发器为1，则在当前指令执行完后，响应中断。

保护好被中断的主程序的断点及现场信息，根据中断类型码从中断向量表中找到对应的中断服务程序的入口地址，从而进入中断服务程序。

中断服务程序执行完毕后，CPU返回断点处继续执行刚才被中断的程序。

为了能返回断点处继续执行刚才被中断的程序，CPU需具有程序计数器。

程序计数器保存了断点处的地址，只要知道这个地址就可以返回了。

第3题：

程序计数器属于CPU的部件。

A.运算器

B.控制器

C.存储器

D.I/O接口

参考答案：

B

（1）。

保存指令执行结果

CPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器是

的寄存器是

（2）。

第4题：

A.程序计数器

B.标志寄存器（PSW）

C.堆栈指示器

D.指令寄存器

参考答案：

D

第5题：

A.程序计数器

B.标志寄存器（PSW）

C.堆栈指示器

D.指令寄存器

参考答案：

B

第6题：

计算机指令系统中采用不同寻址方式可以提高编程灵活性，立即寻址是指

A.操作数包含在指令中

B.操作数的地址包含在指令中

C.操作数在地址计数器中

D.操作数在寄存器中

参考答案：

A

立即寻址方式中，操作数就包含在指令中。

例如，指令ADDAX，200，该指令的功能就是将寄存器AX中的内容和立即数200相加，并将结果存入AX。

指令中的立即数200是一个操作数，采用立即寻址方式取得该操作数。

计算机指令系统中采用不同寻址方式的主要目的是

（1）。

在下列寻址方式中取得操作数速度最慢的是

（2）。

第7题：

A.可直接访问内存或外存

B.提供扩展操作码并降低指令译码难度

C.简化汇编指令的设计

D.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性

参考答案：

D

第8题：

A.相对寻址

B.基址寻址

C.寄存器间接寻址

D.存储器间接寻址

参考答案：

D

中央处理器是不能直接访问外存的，所以A错误。

多种寻址方式会使汇编指令变得复杂，译码难度增加，所以第

（1）空的选项B、C错误。

常用的寻址方式

有以下几种：

隐含寻址：

在指令中并不直接给出操作数的地址，而是隐含着操作数的地址。

例如，ADDB，表示另一个操作数的地址隐含为累加器AC。

立即寻址：

操作数在指令中。

例如，“ADDB，3”中的3为立即数。

直接

寻址：

操作数地址在指令中。

间接寻址：

间接寻址是相对于直接寻址而言

的，在间接寻址的情况下，指令地址字段中的形式地址D不是操作数的有效地址，而是操作数地址的地址。

寄存器寻址方式：

操作数不放在内存中，而

是放在CPU的通用寄存器中。

寄存器间接寻址方式：

指令中的寄存器内容

不是操作数，而是操作数的地址，该地址指明的操作数应在内存中。

相对寻址：

以程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D来形成操作数的有效地址，即有效地址为E=（PC）±D。

基址寻址方式：

以基址寄存器的内容

加上指令格式中的形式地址来形成操作数的有效地址，即E=（R）变址±D。

变址寻址方式：

以变址寄存器的内容与偏移量D相加来形成操作数的有效地址，即E=（R）基址±D。

复合寻址方式：

多种寻址方式的组合，主要有相对间接

寻址、间接相对寻址、变址间接寻址、间接变址寻址。

本题中，相对寻址、基址寻址和寄存器间接寻址都是在寄存器中寻找目标地址，而存储器间接寻址则需要多次访问速度较慢的内存，才能找到目标地址。

第9题：

对8位补码操作数A5H进行2次算术右移的结果为（不必转换成十进制

数）。

A.D2H

B.52H

C.E9H

D.69H

参考答案：

C

先将A5H转换成二进制数为10100101B，算术右移一位变为11010010B，再算术右移一位变为11101001B，化为十六进制数为E9H。

第10题：

某系统总线的一个总线周期包含3个时钟周期，每个总线周期中可以传送32位数据。

若总线的时钟频率为33MHz，则总线带宽为。

A.132Mb/s

B.33Mb/s

C.44Mb/s

D.396Mb/s

参考答案：

C

总线带宽=（总线频率/总线周期包含的时钟周期数）×（数据量/总线周期），由于总线的频率为33MHz，即33000000Hz，有总线频率/总线周期包含的时钟周期数=11000000个总线周期，则总线带宽为11000000×32/8=44Mb/s。

第11题：

参考答案：

B

Amdahl定律用加速比来衡量系统采用的改进措施对系统性能提高的程度。

加速比定义为T0/Tn，其中T0为改进前所需的执行时间，Tn为改进后所需的执行时间，注意不要搞反了。

第12题：

两次故障之间的间隔时间的平均值称为。

A.可靠性

B.MTRF

C.MTBF

D.MIPS

参考答案：

C

MTBF（MeanTimeBetweenFailure）指两次故障之间的间隔时间的平均值，也称为平均无故障时间。

第13题：

A.0.9801

B.0.951

C.0.9

D.0.99

参考答案：

A

计算机执行程序所需的时间P，可用P=I×CPI×T来估计，其中I是程序经编译后的机器指令数，CPI是执行每条指令所需的平均机器周期数，T为每个机器周期的时间。

RISC计算机采用

（1）来提高机器的速度。

它的指令系统具

有

（2）的特点。

指令控制部件的构建，（3）。

RISC机器又通过采用

（4）来加快处理器的数据处理速度。

RISC的指令集使编译优化工作（5）

第14题：

A.虽增加CPI，但更减少T

B.虽增加CPI，但更减少T

C.虽增加T，但更减少CPI

D.虽增加I，但更减少CPI

参考答案：

D

第15题：

A.指令种类少

B.指令种类多

C.指令寻址方式多

D.指令功能复杂

参考答案：

A

第16题：

A.CISC更适于采用硬布线控制逻辑，而RISC更适于采用微程序控制

B.CISC更适于采用微程序控制，而RISC更适于采用硬布线控制逻辑

C.CISC和RISC都采用微程序控制

D.CISC和RISC都只采用硬布线控制逻辑

参考答案：

B

第17题：

A.多寻址方式

B.大容量内存

C.大量的寄存器

D.更宽的数据总线

参考答案：

C

第18题：

A.更简单

B.更复杂

C.不需要

D.不可能

参考答案：

B精简指令计算机的指令种类减少，格式简单固定，采用硬件布线的控制逻辑，使用大量的寄存器，所以编译后的机器指令要比复杂指令计算机的指令数增加，但是每个指令的执行需要的机器周期减小了。

从编译器的角度而言，需要解决的问题的复杂性并没有降低，而指令系统的复杂度降低了，实际上是把复杂性留给了编译系统。

第19题：

中断向量是指。

A.中断断点的地址

B.中断向量表起始地址

C.中断处理程序人口地址

D.中断返回地址

参考答案：

C

中断向量法是一种识别中断源的方法，它在主存的固定区域中开辟一个专用的中断向量区，用硬件排队和编码器在所有请求中断服务的中断源中产生具有最高优先级的中断源编号，直接通过硬件转向这个中断源的中断服务程序入口。

该方法不需要进入公共的中断服务程序，从而能够实现向中断源服务程序入口地址的最快转移。

可见，中断向量其实是指中断处理程序入口地址。

第20题：

A.2

B.3

C.4

D.5

参考答案：

B

某数值编码为FFH，若它所表示的真值为-127，则它是用

（1）表示的；若它所表示的真值为-1，则它是用

（2）表示的。

第21题：

A.原码

B.反码

C.补码

D.移码

参考答案：

A

第22题：

A.原码

B.反码

C.补码

D.移码

参考答案：

C

原码表示又称符号一数值表示法。

正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，数值部分保持不变。

反码的符号位表示法与原码相同，即符号0表示正数，符号1表示负数。

与原码不同的是，反码数值部分的形成和它的符号位有关。

正数，反码的数值和原码的数值相同，而负数反码的数值是原码的数值按位求反。

补码的符号表示和原码相同，即0表示正数，1表示负数。

正数的补码和原码、反码相同，就是二进制数值本身。

负数的补码是这样得到的：

将数值部分按位求反，再在最低位加1。

补码的补码就是原码。

移码（又称增码）

的符号表示和补码相反，1表示正数；0表示负数。

移码为该数的补码但符号位相反。

常用来表示浮点数的阶码。

根据以上规则有：

-127原码：

1

1111111-1原码：

10000001-127反码：

10000000-1反码：

11111110-127补码：

10000001-1补码：

11111111-127移

码：

00000001-1移码：

01111111

第23题：

已知汉字“大”的国标码为3473H，其机内码为

A.4483H

B.5493H

C.B4F3H

D.7483H

参考答案：

C

国标码又称为汉字交换码，在计算机之间交换信息用，用两个字节来表示，每个字节的最高位均为0。

汉字机内码是在设备和信息处理系统内部存储、处

理、传输汉字用的代码。

无论使用何种输入码，进入计算机后就立即被转换为机内码。

规则是将国标码的高位字节、低位字节各自加上128（十进制）或80（十六进制），也就是说，将国标码的高低位字节的最高位都从0设置为1。

这样做的

目的是使汉字机内码区别于西文的ASCII码，因为每个西文字母的ASCII的高位均为0，而汉字内码的每个字节的高位均为1。

我们知道，在十六进制和二

进制转换时，1个十六进制位对应4个二进制位，此题中，国标码为3473H，于是高字节是34H，低字节是73H，分别加上80H之后得B4H、F3H，再合并起来便得到机内码为B4F3H。

另外，还有一种编码叫做区位码，区位码将GB2321-

80方案中的字符按其位置划分为94个区，每个区94个字符，区的编号是从1～94，区内字符编号也是从1～94。

总结起来，这三种编码之间的转换规则

为：

机内码=国标码的两个字节各加80H；

国标码=区位码的两个字节各加20H；

按照国标《信息交换用汉字编码字符集——基本集》（即GB2312）规定，一个汉字由

（1）个字节组成。

为了达到中西文兼容的目的，区分汉字与ASCII码，汉字编码的最高位为

（2）。

第24题：

A.0

B.1

C.2

D.2.5

E.3

F.4

参考答案：

C

第25题：

A.0

B.1

C.2

D.2.5

E.3

F.4

参考答案：

B

按照国标《信息交换用汉字编码字符集——基本集》（即GB2312）规定，一个汉字由2个字节组成。

为了达到中西文兼容的目的，区分汉字与ASCII码，汉字编码的最高位为1。

某计算机字长为16位，运算器为16位，有16个16位通用寄存器，8种寻址方式，主存容量为64K字。

指令中地址码由寻址方式字段和寄存器字段组成，采用单字长指令，则该计算机最多可构成

（1）条单操作数指令；寄存器间接寻址的范围为

（2）K字。

第26题：

A.256

B.512

C.1024

D.4096

参考答案：

B

第27题：

A.16

B.32

C.64

D.128

参考答案：

C

根据题意，计算机字长为16位，运算器为16位，有16个16位通用寄存器及8种寻址方式。

单操作数指令长度为16位，其中寻址方式占3位，16个通用寄存器占4位。

剩下的9位用来构成指令操作码，共有29=512种，故最多可构成512条指令。

由于通用寄存器是16位的，则寄存器间接寻址的范围为64K字。

第28题：

某二进制无符号数11101010，转换为三位非压缩BCD数，按百位、十位和个位的顺序表示，应为。

A.000000010000001100000111

B.000000110000000100000111

C.000000100000001100000100

D.000000110000000100001001

参考答案：

C

第29题：

A.-2ⁿ≤（X+Y）≤2ⁿ-1

B.-2^n-1≤（X+Y）<2^n-1

C.-2^n-1-1≤（X+Y）≤2^n-1

D.-2ⁿ-1≤（X+Y）<2ⁿ

参考答案：

第30题：

与十进制数254等值的二进制数是

A.11111110

B.11101111

C.11111011

D.11101110

参考答案：

A

第31题：

IEEE754标准规定：

单精度浮点数的最高位为符号位，后面跟8位经偏移的阶码移码，偏移量为+127。

尾数用原码表示，且把尾数规格化为1.xxx⋯x（x为

0或1），并将1去掉，尾数用23位表示。

根据该标准，十进制数+178.125的规格化表示形式为。

A.01000011001100100010000000000000

B.01000011101100100010000000000000

C.11000010001100100010000000000000

D.01000011011100100010000000000000

参考答案：

A

第32题：

在CRC校验中，接收端检查到有一位错误数据后，纠正的方法是。

A.请求重新发送

B.删除数据

C.通过余数的值由接收端自行纠正

D.以上均可以

参考答案：

D

首先看选项A。

当错误发生时请求重传这是一种非常普遍的纠错方式，它适用于任何一种编码传输，又因为CRC码是一种纠错码（把接收到的CRC码与生成多项式相除，可以确定错误位置），所以选项C也正确，所以此题只能选D。

选

项B的“删除数据”有些让人不好理解，其实我们可以这样来看，一般的数据传输不是一个两个字节，而是一段连续的数据，如果有一个接收数据出错了，我们把它删除，系统会认为这个数据包在传输过程中已经丢失，这样系统会自动发出重传请求，从而达到纠错的目的。

第33题：

存取速度最快的是。

A.CPU内部寄存器

B.计算机的高速缓存Cache

C.计算机的主存

D.大容量磁盘

参考答案：

A

CPU内部各寄存器具有特定的功能和用途，最常见的寄存器功能是寄存地址、放置计算中间结果和减少对内存的访问。

这些寄存器在CPU内部的使用十分频繁，

访问速度最快。

通常在CPU和主存之间设置小容量的高速缓存Cache，依据程序的局部性原理将访问概率高的数据存放在Cache中，大大提高了系统的性能。

显然，计算机主存的存取速度远远大于外部存储器如磁盘、光盘等的存取速度。

综上所述，存取速度从高到低依次为：

CPU内部寄存器、Cache、主存和磁盘。

构成4M×8bit的存储器，若采用256K×8bit的芯片，需

（1）片；若采斥512K×1bit的芯片，需

（2）片。

第34题：

A.8

B.16

C.32

D.64

参考答案：

B

第35题：

A.8

B.16

C.32

D.64

参考答案：

D

需要的片数分别为：

8bit）=16

4M×8bit/（256K×

4M×8bit/（512K×1）=64

第36题：

如果主存容量为位。

16M字节，且按字节编址，表示该主存地址至少应需要

A.16

B.20

C.24

D.32

参考答案：

C

第37题：

相联存储器的访问方式是

A.先入先出访问

B.按地址访问

C.按内容访问

D.先入后出访问

参考答案：

C

相联存储器（ContentAddressableMemory，CAM是）一种特殊的存储器，是一种基于数据内容进行访问的存储设备。

当对其写入数据时，CAM能够自动选择一个未用的空单元进行存储；当要读出数据时，不是给出其存储单元的地址，而是直接给出该数据或者该数据的一部分内容，CAM对所有的存储单元中的数据同时进行比较并标记符合条件的所有数据以供读取。

由于比较是同时、并行进行的，所以这种基于数据内容进行读/写的机制，其速度比基于地址进行读/写的方式要快许多。

CAM可以用在高速缓冲存储器中，也常用来存储虚拟存储器中的段

表、页表或快表。

用64K×8的RAM芯片和32K×16的ROM芯片设计一个256K×16的存储器，地址范围为00000H～3FFFFH，其中ROM的地址范围为10000H～1FFFFH，其余为RAM的地址。

则地址线为

（1）根，数据线为

（2）根；ROM需要（3）

片，RAM需要（4）片。

CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为5000次，主存完成存取的次数为200次。

已知Cache的存取周期为40ns，主存的存取周期为160ns。

其两级存储器的平均访问时间为（5）ns。

第38题：

A.18

B.9

C.16

D.8

参考答案：

A

第39题：

A.18

B.9

C.16

D.8

参考答案：

C

第40题：

A.1

B.2

C.3

D.4

参考答案：

B

第41题：

A.12

B.2

C.9

D.6

参考答案：

D

第42题：

A.41

B.0.96

C.44.8

D.48

参考答案：

C

第43题：

使Cache命中率最高的替换算法是

A.先进先出算法FIFO

B.随机算法RAND

C.先进后出算法FILO

D.

LRU

替换最近最少使用的块算法

参考答案：

D

Cache的替换算法主要有以下三种：

（1）FIFO算法：

把一组中最先调入Cache

的字块替换出去，实现较简单。

（2）LRU（LeastRecentlyUsed）算法：

把一组中近期最少使用的字块替换出去，命中率较高。

（3）RAND算法：

用随机

数发生器产生需替换的字块号，因为不能很好地反映程序局部性，所以命中率较低。

由于最近最少使用块算法LRU能比较接近地利用访存局部性原理，因而命中率较高。

硬磁盘存储器的道存储密度是指

（1），而不同磁道上的位密度是

（2）。

第44题：

A.沿同磁道每毫米记录的二进制位数

B.同一柱面上的磁道数

C.一个磁道圆周上所记录的二进制位数

D.沿磁盘半径方向上单位长度（毫米或英寸）上的磁道数参考答案：

D

第45题：

A.靠近圆心的密度大

B.靠近外边沿的密度大

C.靠近圆心的密度小

D.靠近半径中间的密度小

参考答案：

A

磁盘上的数据都存放于磁道上。

磁道就是磁盘