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📘 第1章 计算机系统概述

1
判断题 1分
用高级语言编写的程序可以在不同的机器上编译后执行，而汇编代码与特定机器密切相关。
✅ 答案：正确💡 汇编语言与机器指令一一对应，不同ISA的机器指令集不同，因此汇编代码不可移植。
2
判断题 1分
关系表达式-1 < 0U（无符号数）返回的值是1。
✅ 答案：错误💡 有符号数-1转换为无符号数是一个很大的正数（如32位下为2³²-1），因此-1 < 0U 为假。
3
判断题 1分
对于一个持续处理业务的系统而言，响应时间越短，作业吞吐量越小表明其性能越好。
✅ 答案：错误💡 吞吐量越小性能越差。响应时间短且吞吐量大才是性能好的表现。
4
判断题 1分
指令和数据在计算机中都以二进制表示。
✅ 答案：正确💡 计算机采用冯·诺依曼结构，指令和数据均以二进制形式存储在存储器中。
5
选择题 2分
用于指示将要执行的下一条指令地址的寄存器是
✅ 答案：C💡 PC（Program Counter）存放当前指令地址，每取一条指令后自动+4（32位）指向下一条。
6
选择题 2分
冯·诺依曼结构计算机由哪五部分组成？
✅ 答案：D💡 冯·诺依曼五大部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
7
选择题 2分
下列不属于RISC特点的是
✅ 答案：D💡 RISC采用硬连线控制（Hardwired Control），CISC采用微程序控制。
8
填空题 1分
完成翻译转换任务的程序有汇编程序、解释程序和
✅ 答案：编译程序
9
填空题 1分
响应时间和是衡量计算机系统性能的基本指标
✅ 答案：吞吐率
10
简答题 6分
一台40MHz处理器执行测试程序，各指令类型及数量如下表，求CPI、MIPS和CPU执行时间。
指令类型指令条数CPI
整数运算450001
数据传送320002
浮点运算150002
控制转移80002
✅ 答案：
① 总指令数 = 45000+32000+15000+8000 = 100000
② 总时钟周期 = 45000×1+32000×2+15000×2+8000×2 = 45000+64000+30000+16000 = 155000
③ CPI = 155000/100000 = 1.55
④ MIPS = 40×10⁶/(1.55×10⁶) = 25.8
⑤ CPU时间 = 100000×1.55/(40×10⁶) = 3.875ms
56
计算题6分
（课件原题）程序P在机器A上运行需10s，A的时钟频率为400MHz。现设计机器B，希望P在B上运行只需6s。B的时钟频率提高导致CPI增加，使P在B上的时钟周期数是A上的1.2倍。求B的频率需达到A的多少倍？
✅ 解答：
CPU时间A = 时钟周期数A / 频率A
时钟周期数A = 10 × 400M = 4000M个
时钟周期数B = 1.2 × 4000M = 4800M个
频率B = 4800M / 6 = 800 MHz
频率B/频率A = 800/400 = 2倍
频率增加2倍但性能只提升1.67倍，因为CPI增加了。

📗 第2章 数据的机器级表示

11
判断题 1分
浮点数的尾数一般用原码小数来表示；浮点数的指数一般用移码来表示。
✅ 答案：正确💡 IEEE754标准中，尾数用原码（隐含整数位1），阶码用移码（偏移127）。
12
判断题 1分
C语言与汇编语言是一一对应的。
✅ 答案：错误💡 一条C语句可能对应多条汇编指令，且编译器优化会改变对应关系，并非一一对应。
13
判断题 1分
MIPS大的计算机其CPU速度也一定快。
✅ 答案：错误💡 MIPS与ISA有关，不同ISA之间MIPS不可比。MIPS高不代表执行时间短。
14
判断题 1分
小端法存储0x01234567，从低位到高位的四个字节的值分别是0x67、0x45、0x23、0x01。
✅ 答案：正确💡 小端法：低字节（67）在低地址，高字节（01）在高地址。
15
判断题 1分
在计算机中，整数是用原码表示的。
✅ 答案：错误💡 现代计算机中整数用补码表示，补码可以将减法统一为加法。
16
判断题 1分
算术右移时，高位补0。
✅ 答案：错误💡 算术右移时高位补符号位（正数补0，负数补1），逻辑右移才补0。
17
选择题 2分
计算机中直接存储的数据是
✅ 答案：A💡 计算机所有信息都以二进制（0和1）编码存储。
18
选择题 2分
负零的补码表示为
✅ 答案：B💡 补码中0的表示唯一，+0和-0都表示为全0。
19
选择题 2分
IEEE754单精度45100000H的值是
✅ 答案：B💡 45100000H = 0 10001010 001000...，E=138，E-127=11，M=1.001 ×2¹¹=(+1.125)×2¹¹。
20
选择题 2分
[X]补=X₀X₁...Xₙ，模是
✅ 答案：B💡 n位补码的模为2ⁿ（舍弃进位）。
21
选择题 2分
32位补码整数的表示范围是
✅ 答案：A💡 n位补码范围为 -2ⁿ⁻¹ ~ +2ⁿ⁻¹-1，32位即为-2³¹~2³¹-1。
22
选择题 2分
最适合表示浮点数阶码的编码是
✅ 答案：D💡 移码方便比较阶码大小，且全0和全1可用于特殊值表示，IEEE754采用移码（偏移127）。
23
选择题 2分
边界对齐的主要优点是
✅ 答案：A💡 边界对齐保证数据在单个访存周期内完成读写，避免跨边界需多次访存。
24
选择题 2分
小端方式，float x=12345678H，地址C002H中内容是
✅ 答案：B💡 小端法：x占C000~C003，C000存78H，C001存56H，C002存34H，C003存12H。
25
选择题 2分
32位无符号整数的表示范围是
✅ 答案：A💡 n位无符号数范围为0~2ⁿ-1，32位即0~2³²-1。
26
选择题 2分
相同位数，阶码长尾数短（格式1）与阶码短尾数长（格式2）相比
✅ 答案：C💡 阶码长→范围大但尾数短→精度低（格式1）；阶码短→范围小但尾数长→精度高（格式2）。
27
选择题 2分
假设在采用边界对齐的32位系统中，有如下结构体定义：
struct A { char c; short s; int i; };
变量x首地址0x0C008，则x.i的地址为
✅ 答案：A💡 char(1B)偏移0，short(2B)需对齐到2的倍数→偏移2，int(4B)需对齐到4的倍数→偏移4。首地址0xC008是4的倍数，因此x.i地址为0x0C00C。
28
选择题 2分
下列各数中最小的是
✅ 答案：B💡 A=101, B=93, C=1000, D=113，最小的是B(93)。
29
选择题 2分
补码定点整数1111 1111表示的十进制数是
✅ 答案：C💡 11111111₂补码：符号位1→负数，数值取反+1=00000001=1，值为-1。
30
选择题 2分
浮点数规格化的主要目的是
✅ 答案：C💡 规格化使每个浮点数具有唯一的表示形式，便于比较和运算。
31
填空题 1分
同样的位数，浮点数表示范围比定点数
✅ 答案：大
32
填空题 1分
浮点数的指数一般用表示
✅ 答案：移码
33
填空题 1分
-258的16位补码十六进制表示为
✅ 答案：FEFE
34
填空题 1分
算术左移一位后内容为
✅ 答案：FDFC
35
简答题 6分
将十进制数 -2.75 转换为IEEE754单精度浮点数格式，要求写出转换步骤和最终十六进制结果。
✅ 答案：
① (-2.75)₁₀ = (-10.11)₂ = (-1.011)₂ × 2¹
② 符号位 S = 1（负数）
③ 阶码 E = 1 + 127 = 128 = 10000000₂
④ 尾数 M = 011 0000 0000 0000 0000 0000（去掉隐含的1，保留23位小数）
⑤ 结果：1 10000000 01100000000000000000000
⑥ 十六进制：C020 0000H
36
简答题 6分
在采用边界对齐的32位系统中，定义结构体如下，如何调整成员顺序以节省空间？调整后的结构体大小是多少？
struct Loose {
    short s;     // 2B
    int i;       // 4B
    char c;      // 1B
    double *p;   // 8B（指针）
};
✅ 答案：
① 分析原结构体对齐：
   - s(2B) 偏移0
   - i(4B) → 需对齐到4倍数，偏移4（偏移2填充2B）
   - c(1B) 偏移8
   - p(8B) → 需对齐到8倍数，偏移16（偏移9填充7B）
   - 总大小24B（16+8）
② 按成员大小降序排列：

struct Optimized {
    double *p;   // 8B, 偏移0
    int i;       // 4B, 偏移8
    short s;     // 2B, 偏移12
    char c;      // 1B, 偏移14
}; // 总大小16B（15填充到16的倍数）

③ 优化后大小：16字节（节省8字节）
37
计算题 8分
将十进制数-12.75转换为IEEE754单精度浮点数，并以十六进制表示。
✅ 答案：
① (-12.75)₁₀ = (-1100.11)₂ = (-1.10011)₂ × 2³
② 符号位 S = 1（负数）
③ 阶码 E = 3 + 127 = 130 = 10000010₂
④ 尾数 M = 100 1100 0000 0000 0000 0000（去掉隐含的1，保留23位小数）
⑤ 结果：1 10000010 10011000000000000000000
⑥ 十六进制：C14C0000H

📙 第3章 存储系统

38
判断题 1分
Cache-主存层次由软件管理，主存-辅存层次由硬件管理。
✅ 答案：错误💡 Cache-主存由硬件管理（对程序员透明），主存-辅存由软件（OS）管理。
39
判断题 1分
在直接映射Cache中，每个主存块只能映射到Cache的一个特定位置。
✅ 答案：正确💡 直接映射：主存块号 mod Cache块数，每个主存块映射到唯一确定的Cache行。
40
选择题 2分
主存容量32M字节，按字节编址，至少需要多少位地址？
✅ 答案：B💡 32M=2²⁵，需25位地址线才能访问全部32M字节。
41
选择题 2分
Cache写策略中，写Cache同时也写主存的是
✅ 答案：A💡 直写法（Write-through）写Cache时同时更新主存，保证数据一致性但开销大。
42
选择题 2分
Cache容量64KB，每块16B，4路组相联，组索引位数为
✅ 答案：B💡 块数=64KB/16B=4096，组数=4096/4=1024，组索引=log₂1024=10位。
43
填空题 1分
CPU时钟周期 = 1 /
✅ 答案：主频
44
填空题 1分
Cache-主存层次主要解决问题，主存-辅存层次主要解决问题
✅ 答案：速度、容量
45
简答题 6分
比较三种Cache映射方式（直接映射、全相联映射、组相联映射）的优缺点。
✅ 答案：
映射方式优点缺点


直接映射实现简单、查表速度快、成本低冲突率高，Cache利用率低


全相联映射冲突率最低，Cache利用率最高比较电路复杂、查表速度慢、成本高


组相联映射折中方案，冲突率和硬件复杂度适中实现复杂度介于两者之间


总结：直接映射简单但冲突多；全相联灵活但硬件复杂；组相联是广泛使用的折中方案（如4路组相联）。
46
计算题 8分
某计算机主存地址32位，Cache容量64KB，每块大小16B。分别计算：
(1) 直接映射时，标记Tag、块索引、块内偏移各多少位？
(2) 4路组相联时，标记Tag、组索引、块内偏移各多少位？
✅ 答案：
① 块内偏移：每块16B=2⁴B，偏移4位。
② Cache块数 = 64KB/16B = 4096 = 2¹²块。
③ 直接映射：
   - 块索引 = log₂(4096) = 12位
   - 标记Tag = 32 - 12 - 4 = 16位
   - 地址格式：Tag(16位) | 块索引(12位) | 偏移(4位)
④ 4路组相联：
   - 组数 = 4096/4 = 1024 = 2¹⁰组
   - 组索引 = 10位
   - 标记Tag = 32 - 10 - 4 = 18位
   - 地址格式：Tag(18位) | 组索引(10位) | 偏移(4位)
57
选择题2分
（课件思考题）下列关于存储器说法正确的是（ ）
✅ 答案：C 存储层次中速度越快每位价格越高（SRAM比DRAM快但贵）。

📕 第4章 指令系统

47
判断题 1分
RISC指令集的指令长度固定。
✅ 答案：正确💡 RISC精简指令集的特点之一就是指令长度固定（如MIPS为32位），便于流水线译码。
48
判断题 1分
采用寄存器间接寻址方式的操作数一定在存储器中。
✅ 答案：正确💡 寄存器间接寻址中，寄存器存放的是操作数的地址，操作数本身在主存中。
49
选择题 2分
寄存器间接寻址，操作数在
✅ 答案：A💡 寄存器存放地址，操作数在主存中。
50
选择题 2分
下列寻址方式中，操作数在指令中的是
✅ 答案：A💡 立即寻址的操作数直接存放在指令中（立即数），不须访存。
51
选择题 2分
已知存储器内容：M[1200H]=12FCH, M[12FCH]=38B8H，采用间接寻址（地址码1200H）的操作数是
✅ 答案：C💡 间接寻址：EA=M[地址码]=12FCH，操作数=M[12FCH]=38B8H。
52
填空题 1分
MIPS中，分支指令的转移目标地址由PC+偏移量决定，称为寻址方式
✅ 答案：相对
53
简答题 6分
某计算机指令字长16位，操作码为定长4位（三地址指令），现已设计出15条三地址指令、15条二地址指令。要使单地址指令数量最多，求单地址指令最多可有多少条？
✅ 答案：
① 指令总位数16位，操作码4位（三地址指令）剩余12位。
② 扩展编码方案：
   - 三地址指令15条：4位操作码用掉1110（0000~1101共14条，1110留作扩展）
   - 二地址指令15条：扩展标志1110 + 4位操作码，已用1110 0000~1110 1110（最后1111留作扩展）
   - 单地址指令：在二地址扩展基础上继续扩展
     扩展标志：1110 1111
     剩余位数：16-4-4-4=4位
     最多单地址指令 = 2⁴ = 16条
③ 若单地址也用完，可继续在同一位置扩展零地址指令。
58
简答题8分
（课件原题）7条指令I1~I7，频度0.4,0.3,0.15,0.05,0.04,0.03,0.03，用哈夫曼编码求平均码长和压缩率。
✅ 解答：
编码：I1→0, I2→10, I3→110, I4→11100, I5→11101, I6→11110, I7→11111
平均码长 = 0.4×1+0.3×2+0.15×3+0.05×5+0.04×5+0.03×5+0.03×5 = 2.20位
定长3位，压缩率 = 1-2.20/3 = 26.7%
59
简答题6分
（课件原题）指令系统共74种指令。前4种频率0.42（3位编码），中间15种频率0.34（6位编码），最后55种频率0.24（9位编码）。求平均码长。
✅ 解答：
4/16/64扩展法（3-6-9位）：
平均码长 = 0.42×3 + 0.34×6 + 0.24×9 = 1.26+2.04+2.16 = 5.46位

📘 第5章 流水线技术

54
判断题 1分
流水线技术可以缩短单条指令的执行时间。
✅ 答案：错误💡 流水线不能缩短单条指令执行时间，但能提高指令吞吐率，即单位时间执行的指令数。
55
选择题 2分
流水线数据冲突中，旁路（转发）技术用于解决
✅ 答案：B💡 旁路技术将ALU结果直接转发到后续指令的输入端，解决RAW数据冲突。
56
选择题 2分
流水线的三种冒险中，转移指令引起的是
✅ 答案：C💡 转移指令改变程序执行流，导致控制冒险（Control Hazard）。
57
计算题 8分
一条5段流水线（IF、ID、EX、MEM、WB），各段时间均为Δt=20ns。现连续输入100条指令，求：
(1) 流水线总执行时间
(2) 吞吐率
(3) 加速比
(4) 最大吞吐率
✅ 答案：
① 总执行时间 Tk = (k + n - 1) × Δt = (5 + 100 - 1) × 20 = 2080ns
② 吞吐率 TP = n / Tk = 100 / 2080ns ≈ 48.08M条/s
③ 加速比 S = (n × k × Δt) / Tk = (100×5×20) / 2080 = 10000/2080 ≈ 4.81
④ 最大吞吐率 TPmax = 1/Δt = 1/20ns = 50M条/s
60
简答题6分
（课件原题）最复杂指令分6块A~F，延迟80,30,60,50,70,10ps，寄存器20ps。求(1)2级流水线的时钟周期和吞吐率；(2)3级流水线。
✅ 解答：
(1)平衡点C-D间：前170ps后130ps，时钟=190ps，吞吐率≈5.26G条/s
(2)插B-C和D-E间：三段110/110/80ps，时钟=130ps，吞吐率≈7.69G条/s

📗 第6章 输入输出组织

58
填空题 1分
冯·诺依曼结构计算机由控制器、、存储器和输入/输出部件组成
✅ 答案：运算器

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