2025年大学大一（工学）计算机组成原理综合测试题及解析.doc

2025年大学大一（工学）计算机组成原理综合测试题及解析

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共40分）
答题要求：本大题共20小题，每小题2分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请将正确答案的序号填在括号内。

1. 冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是（ ）
A. 程序一边输入一边执行
B. 程序直接从磁盘读取指令并执行
C. 按地址访问并顺序执行指令
D. 存储器按内容选择地址

2. 计算机系统中的存储器系统是指（ ）
A. RAM存储器
B. ROM存储器
C. 主存储器
D. 主存储器和外存储器

3. 以下关于计算机硬件组成的描述，错误的是（ ）
A. 计算机硬件包括主机和外设两部分
B. 主机通常包含CPU、内存和主板等
C. 外设包括输入设备、输出设备和外存等
D. 所有硬件设备都直接与CPU相连

4. 指令周期是指（ ）
A. CPU从主存取出一条指令的时间
B. CPU执行一条指令的时间
C. CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间
D. 时钟周期时间

5. 以下哪种寻址方式速度最快（ ）
A. 直接寻址
B. 间接寻址
C. 立即寻址
D. 寄存器寻址

6. 某计算机字长为32位，其存储容量为4GB，按字编址，它的寻址范围是（ ）
A. 1M
B. 4M
C. 1G
D. 4G

7. 若某机器字长为8位，则-127的补码表示为（ ）
A. 1,0000,001
B. 1,1111,111
C. 0,1111,111
D. 0,0000,001

8. 下列关于Cache的描述，正确的是（ ）
A. Cache是一种高速缓冲存储器，用于提高CPU访问主存的速度
B. Cache的容量越大，性能提升越明显
C. Cache的命中率与程序执行的时间无关
D. Cache只能缓存数据，不能缓存指令

9. 以下不属于输入设备的是（ ）
A. 键盘
B. 鼠标
C. 显示器
D. 扫描仪

10. 计算机中运算器的主要功能是（ ）
A. 控制计算机的运行
B. 进行算术运算和逻辑运算
C. 存储数据
D. 传输数据

11. 指令系统中采用不同寻址方式的目的是（ ）
A. 提高从内存获取数据的速度
B. 提高从外存获取数据的速度
C. 降低指令译码难度
D. 扩大寻址空间并提高编程灵活性

12. 某计算机的主频为500MHz，CPI为4，则该计算机的运算速度为（ ）
A. $125MIPS$
B. $200MIPS$
C. $500MIPS$
D. $1000MIPS$

13. 以下关于中断系统的描述，错误 的是（ ）
A. 中断系统用于处理CPU与外部设备之间的异步事件
B. 中断向量表存放中断服务程序的入口地址
C. 中断响应的过程包括关中断、保存断点等
D. 中断请求信号只能由外部设备发出

14. 计算机的存储层次结构中，存储速度最快的是（ ）
A. 寄存器
B. Cache
C. 主存
D. 外存

15. 下列关于总线的描述，正确的是（ ）
A. 总线是连接CPU、内存和外设的公共通信线路
B. 数据总线只能传输数据，不能传输地址和控制信号
C. 地址总线的宽度决定了内存的最大容量
D. 控制总线用于传输数据和地址信息

16. 某SRAM芯片，其容量为16K×16位，该芯片的地址线和数据线数目分别为（ ）
A. 14，16
B. 16，16
C. 14，8
D. 16，8

17. 微程序控制器中，微指令的执行顺序由（ ）决定
A. 指令译码器
B. 微指令计数器
C. 微地址形成部件
D. 控制信号发生器

18. 计算机中用于表示浮点数的格式通常由（ ）组成
A. 符号位、指数位和尾数位
B. 符号位、整数位和小数位
C. 符号位、阶码位和尾数阶码位
D. 符号位、阶码位和尾数位

19. 以下关于虚拟存储器的描述，正确的是（ ）
A. 虚拟存储器是一种实际存在的存储器
B. 虚拟存储器的容量由主存和辅存共同决定
C. 虚拟存储器的访问速度与主存相同
D. 虚拟存储器只能提高内存的利用率，不能提高访问速度

20. 计算机组成原理主要研究的内容不包括（ ）
A. 计算机硬件系统的基本组成
B. 计算机软件系统的设计与开发
C. 各部件的功能、工作原理及相互连接方式
D. 计算机系统的层次结构和工作流程

第II卷（非选择题 共60分）
答题要求：请根据题目要求，在答题区域内作答，答案要简洁明了，书写规范。

二、填空题（共10分）
本大题共5小题，每小题2分，共10分。请在横线上填写正确答案。

1. 计算机硬件系统由______、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
2. 计算机中常用的数制有二进制、八进制、十进制和______。
3. 指令格式通常由操作码和______两部分组成。
4. 存储单元是指______。
5. 计算机的性能指标主要有主频、字长、运算速度、存储容量和______等。

三、简答题（共20分）
本大题共4小题，每小题5分，共20分。简要回答下列问题。

1. 简述计算机中采用多级存储层次结构的原因。
2. 说明指令流水线的工作原理。
3. 解释什么是中断向量。
4. 简述Cache的工作原理及命中率的影响因素。

四、综合分析题（共15分）
阅读以下材料，回答问题。

材料：某计算机系统采用32位字长，内存按字节编址，主存容量为4GB。Cache采用直接映射方式，容量为16KB，每块大小为32字节。

1. 计算主存地址的位数及Cache地址中标记位、块号和块内地址的位数。（5分）
2. 若CPU访问主存地址为0x12345678，求该地址在Cache中的映射情况。（5分）
3. 分析Cache替换算法对Cache性能的影响。（5分）

五、设计题（共15分）
设计一个简单的数据通路，实现加法运算。要求：
1. 说明数据通路中包含哪些部件。（5分）
请在下方空白区域作答：
2. 描述数据通路的工作流程。（5分）
请在下方空白区域作答：
3. 画出数据通路的逻辑图。（5分）
请在下方空白区域作答：

答案：一、1.C 2.D 3.D 4.C 5.C 6.A 7.A 8.A 9.C 10.B 11.D 12.A 13.D 14.A 15.A 16.A 17.C 18.D 19.B 20.B 二、1.运算器 2.十六进制 3.地址码 4.存放一个机器字的存储单元 5.存取周期 三、1.计算机中采用多级存储层次结构的原因是为了提高存储器的性能价格比。高速缓存（Cache）速度快但容量小，主存容量适中，外存容量大但速度慢。通过多级存储层次结构，使CPU能以接近Cache的速度访问数据，同时拥有接近外存的容量，降低了成本。 2.指令流水线的工作原理是将一条指令的执行过程分解为多个阶段，如取指、译码、执行、访存、写回等。多个指令在不同阶段同时进行，当一条指令完成一个阶段后，下一条指令进入该阶段，从而提高了指令执行的并行度，加快了程序的执行速度。 3.中断向量是指中断服务程序的入口地址。在中断发生时，CPU通过中断向量表找到相应中断服务程序的入口地址，从而转入执行中断服务程序。 4.Cache的工作原理是当CPU访问主存时，首先在Cache中查找。如果找到，则直接从Cache中读取数据，称为命中；如果未找到，则从主存读取数据，并将该数据所在块调入Cache中，同时更新Cache的相关信息。命中率的影响因素包括Cache的容量、替换算法、程序的执行情况等。Cache容量越大，命中率越高；合理的替换算法能减少块冲突，提高命中率；程序中指令和数据的访问模式也会影响命中率。 四、1.主存容量为4GB，按字节编址，主存地址位数为32位。Cache容量为16KB，每块大小为32字节，则Cache共有16KB/32B = 512块。Cache地址中块内地址位数为5位（因为32字节 = 2^5字节），块号位数为9位（因为512块 = 2^9块），标记位位数为32 - 5 - 9 = 18位。 2.主存地址0x12345678转换为二进制为000010100011010001010，其中低5位为块内地址，中间9位为块号，高18位为标记位。Cache采用直接映射，块号000010100011对应的块为第10100011000 = 520块，该块在Cache中的位置由块内地址决定。 3.Cache替换算法对Cache性能影响较大。合理的替换算法能减少块冲突，提高命中率。例如，最近最少使用（LRU）算法能根据块的使用情况替换最近最少使用的块，在程序执行过程中，如果频繁访问某些块，LRU算法能尽量保留这些块在Cache中，从而提高Cache性能；而随机替换算法则可能导致频繁的块替换，降低Cache性能。 五、1.数据通路中包含运算器、寄存器、数据总线、地址总线、控制总线等部件。 2.工作流程：首先从寄存器中取出操作数，通过数据总线传输到运算器。运算器对操作数进行加法运算，结果再通过数据总线写入寄存器。 3.逻辑图：（此处可简单用文字描述逻辑连接关系，如寄存器与数据总线相连，数据总线与运算器相连，运算器输出再连回数据总线和寄存器等）