计算机系统结构试题及答案大全

一填空题（每空1分，共30分）1、系列机是指具有相同的体系结构，但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。

2、存储程序计算机结构上的主要特点之一是以运算器为中心。

3、从计算机系统结构的多级层次结构可知，通常情况下，第1、2、3级用解释方法实现，第4或更高级用翻译方法实现。

4、对于最常见的事件，通常赋予它优先的处理权和资源使用权，这是计算机体系结构设计中的大概率事件优先原则。

5、容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128字节，每4块为一组，若主存容量为4096块，且以字编址，那么主存地址为 19 位，主存区号为 6 位。

6、可改进比例的值总是小于等于1 。

7、一般有两种策略来保存寄存器的内容,即：调用者保存和被调用者保存。

8、DLX指令集提供了立即数寻址、寄存器寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址4种寻址方式。

9、对某流水线处理器测试时发现其存在结构冲突，通常可采用资源重复和流水化功能单元方法解决该问题。

10、编译器通过重新组织代码顺序消除暂停的技术被称为指令调度。

11、按照流水的级别可以把流水线分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。

12、为解决流水线使用非流水数据通路的寄存器引起冲突，在流水线设计中采用寄存器文件技术解决该问题。

13、Cache的替换算法常见的有 FIFO 、LRU 和随机法。

14、改进Cache性能的方法主要有降低失效率、减少失效开销和减少Cache命中时间。

15、减少流水线处理分支暂停时钟周期数的途径包括尽早判断分支转移是否成功和尽早计算出分支成功转移的PC值。

二、选择题（1—15题，每题1分，共15分）1、下面的指令中， A 不属于RISC处理器指令集。

Ａ.ADD R4,[1000] Ｂ.LD R3,(R4) Ｃ.SUB R4,R3 Ｄ.SD 0(R3),R42. 在其它部件性能保持不变的情况下，对CPU性能的不断改进并没有获得期望的结果，这主要是受到了 A 的影响。

1.某台主频为1GHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下:求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。

（10分）2.将计算机系统中某一功能的处理速度加快15倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？3.如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这3个部件进改进后达到的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。

（1）如果部件1和部件2改进前的执行之间占整个系统执行的时间比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比Sn达到10？（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别是30%，30%和20%，那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？（10分）4.假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。

具体数据如下表所示:(1）改进后，各类操作的加速比分别是多少?(2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少?(3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少?5.一台模型机的9条指令的使用频度如下：（10分）ADD（加）：26%SHR（右移）：2%SUB（减）：17%CLL（循环左移）：5%JOM（按页转移）：11%CLA（累加器清零）：15%STO（存）：2%STP（停机）：12%JMP（转移）：10%试设计这9条指令的Huffman编码的操作码表示以及其等长扩展操作码表示，并计算这两种表示的平均操作码长度。

6.有一个“Cache-主存”存储层次。

主存共分为8个块（0～7），Cache为4个块（0～3），采用直接映像方式。

（1）对于如下主存块地址流：0、2、6、1、3、7、0、1、4、5、4、6、0、7、2，如主存中内容一开始未装入Cache，请列出每次访问后Cache中各块的分配情况；（2）对于（1），指出既发生块失效又发生块争用的时刻；（3）对于（1），求出此期间的Cache命中率。

计算机系统结构题库与答案计算机系统结构是计算机科学与技术领域的一个重要分支，它涉及计算机硬件和软件的相互关系和结构。

本题库涵盖了计算机系统结构的基本概念、组成原理和设计方法等内容，适用于相关课程的学习和复习。

一、选择题1. 计算机系统结构的定义是什么？A. 计算机硬件和软件的相互关系和结构B. 计算机硬件的组成和功能C. 计算机软件的组成和功能D. 计算机网络的组成和功能答案：A2. 下列哪个是计算机系统结构的基本组成要素？A. 中央处理器（CPU）B. 存储器C. 输入输出设备D. 计算机网络答案：A3. 冯·诺伊曼结构是计算机系统结构的一种，它的主要特点是什么？A. 存储程序和程序控制B. 并行处理C. 分布式计算D. 虚拟化技术答案：A4. 计算机的指令集分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC），下列哪个描述是正确的？A. CISC指令集的指令较复杂，但执行速度慢B. RISC指令集的指令较简单，但执行速度慢C. CISC指令集的指令较简单，但执行速度快D. RISC指令集的指令较复杂，但执行速度快答案：B5. 直接映射存储器管理方式的特点是什么？A. 内存空间利用率高B. 内存访问速度快C. 内存碎片问题严重D. 支持虚拟内存答案：A二、填空题1. 计算机系统结构的定义是研究计算机硬件和______的相互关系和结构。

答案：软件2. 冯·诺伊曼结构是一种______结构，它的主要特点是有单独的存储器和______。

答案：存储程序；中央处理器（CPU）3. 精简指令集计算机（RISC）的指令______，这样可以提高指令的执行速度。

答案：简单4. 虚拟内存是计算机系统结构中的一种______技术，它可以扩展计算机的存储空间。

答案：存储管理5. 直接映射存储器管理方式是一种______方式，它的主要优点是内存空间利用率高。

答案：内存映射三、简答题1. 请简要描述冯·诺伊曼结构的主要特点。

计算机系统结构试题及答案题目一：计算机体系结构的定义和作用1.1 什么是计算机体系结构？计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的关系，即计算机中各个组件之间的连接方式和组织结构。

它是计算机系统的基本结构，决定了计算机系统的性能、可靠性和可扩展性。

1.2 计算机体系结构的作用是什么？- 确定计算机系统的性能指标，如处理速度、存储容量、输入输出能力等。

- 建立了计算机硬件和软件之间的接口标准，使得不同厂商的计算机组件可以兼容互联。

- 提供了编程和开发的基础，使得软件开发人员可以根据体系结构设计程序。

- 为计算机系统的优化提供了依据，可以针对不同应用场景进行性能调优和资源分配。

题目二：计算机指令集的分类和特点2.1 计算机指令集的分类- 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）：指令集的指令数量少、长度相同且操作简单，便于流水线执行。

- 复杂指令集（Complex Instruction Set Computer，CISC）：指令集的指令数量多、长度不一且操作复杂，提供了更高层次的指令和功能。

2.2 计算机指令集的特点- 性能折中：RISC指令集追求指令简单高效，减少指令周期；CISC指令集追求完成更复杂的功能，减少指令数量。

- 硬件与软件的关系：RISC指令集更注重硬件设计，减少指令执行的硬件复杂度；CISC指令集更注重编译器的优化，减少指令编写的软件复杂度。

- 执行流水线：RISC指令集易于流水线操作，指令之间无数据依赖，提高指令执行速度；CISC指令集指令复杂度高，难以流水线操作，容易产生数据依赖和冲突。

题目三：冯·诺伊曼体系结构和哈佛体系结构3.1 冯·诺伊曼体系结构（Von Neumann Architecture）冯·诺伊曼体系结构由冯·诺伊曼于1945年提出，是现代计算机体系结构的基础。

其特点如下：- 存储程序：指令和数据都存储在同一存储器中，通过地址寻址来访问。

系统结构复习题含答案一、选择题1. 在计算机系统中，负责执行程序指令的部件是：A. 控制器B. 运算器C. 存储器D. 输入/输出设备答案：B2. 冯·诺依曼体系结构中，程序和数据是存储在：A. 内存B. 外存C. 寄存器D. 缓存答案：A3. 下列哪个不是计算机硬件系统的组成部分？A. 中央处理器B. 操作系统C. 主存储器D. 辅助存储器答案：B二、填空题1. 计算机系统的层次结构从下到上依次为______、______、______和______。

答案：硬件层、操作系统层、应用程序层、用户层2. 计算机的存储器分为______和______，其中______用于临时存储数据。

答案：主存储器、辅助存储器、主存储器3. 计算机的输入设备包括键盘、鼠标等，输出设备包括显示器、打印机等，它们都属于______设备。

答案：输入/输出三、简答题1. 简述计算机系统的组成。

答案：计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

硬件系统包括中央处理器、存储器、输入设备和输出设备等，而软件系统则包括操作系统、应用程序和数据等。

2. 描述冯·诺依曼体系结构的主要特点。

答案：冯·诺依曼体系结构的主要特点是将程序指令和数据一起存储在同一个存储器中，采用顺序执行指令的方式，并且具有中央处理器、存储器、输入设备和输出设备等基本组成部分。

四、论述题1. 论述计算机硬件和软件之间的关系。

答案：计算机硬件和软件是相互依赖、相互支持的关系。

硬件是计算机系统的物质基础，提供了执行指令和处理数据的能力。

软件则是硬件功能的扩展，它包括操作系统、应用程序和数据等，通过软件的管理和控制，硬件才能发挥其应有的作用。

没有硬件，软件无法运行；没有软件，硬件则无法执行复杂的任务。

两者共同构成了完整的计算机系统。

一：名词解释1：虚拟机：由软件实现的机器。

2：CPI：是衡量CPU执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。

3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。

5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。

相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。

局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。

6：CISC/RISC：CISC：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。

RISC：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。

7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。

8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。

9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。

10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。

11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。

12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。

[由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。

这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。

]二：选择题1，直接执行微指令的是（C）A 汇编程序B 编译程序C 硬件D微指令程序2，对汇编语言程序员不透明的是（C）A 程序计数器B主存地址寄存器C条件码寄存器D指令寄存器3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（B）为中心的A运算器B控制器C存储器 D I/O设备4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（C ）A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件的全部组成C 编程要用到的硬件组织D计算机各部分硬件的实现5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（B ）A 采用统一的高级语言B采用统一的汇编语言C 模拟D仿真6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（A）A流水处理机B多处理机 C 阵列处理机D集群系统7，多处理机实现的并行主要是（B）A指令级并行 B 任务级并行C 操作级并行D操作步骤的级并行8计算机系统结构不包括（B）A信息保护B存储速度C数据表示D机器工作状态9，不需要编址的数据存储空间（D ）A CPU通用寄存器B 主存储器C I/O寄存器D堆栈10，RISC执行程序的速度比CISC 快的原因是（C）A RISC指令系统中条数较少B 程序在RISC编译生成的目标程序较短C RISC指令平均执行周期数较少D RISC中只允许LOAD和STORE指令存储11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（B）A主存地址B逻辑地址C物理地址D有效地址12，虚拟存储器主要是为了（A）A扩大存储器系统容量B提高存储器系统速度C扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度D便于程序的访存操作13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（B）A目录表小B块冲突概率低C命中率高D主存利用率高14，输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（C ）A程序控制方式B中断 C DMA方式D上述三种方式15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（A）A访管中断 B I/O中断C程序性中断D外部中断16，当计算机系统通过执行通道程序，完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）A CPUB 通道C CPU和通道D指定的外设三：填空1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn分类法，冯氏分类法冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于字串位并的处理机方式2，由软件实现的机器称为：虚拟机3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的。

计算机系统结构试题及答案⼤全计算机系统结构试题模拟试卷（有答案）⼀、名词解释1.系统结构：是对计算机系统中各机器级之间界⾯的划分和定义，以及对各级界⾯上、下的功能进⾏分配。

2.SIMD：单指令流多数据流计算机系统。

3.资源共享4.Cache：⾼速缓冲存储器5.模拟:是对真实事物或者过程的虚拟⼆、选择1.Cache是介于CPU和( C )之间的⼩容量存储器，能⾼速地向CPU提供指令和数据，从⽽加快程序的执⾏速度。

A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘2.并⾏性开发的途径为时间重叠、资源共享和( C )等。

A.时间并⾏B.资源分布C.资源重复D.时间并发3.冯?诺依曼型计算机的设计思想是( C )。

A.存储数据并按地址顺序执⾏B.存储程序并按地址逆序执⾏C.存储程序并按地址顺序执⾏D.存储程序并乱序执⾏4.在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是( D )。

A.应⽤语⾔级B.⾼级语⾔级C.汇编语⾔级D.机器语⾔级5.消除流⽔线性能瓶颈的⽅法：瓶颈段细分和( B )。

A.瓶颈段串联B.瓶颈段并联C.瓶颈段拆分D.瓶颈段流⽔三、简答1.试述现代计算机系统的多级层次结构。

2.试述RISC设计的基本原则和采⽤的技术。

3.试述全相联映像与直接映像的含义及区别。

直接映像: 指主存的⼀个字块只能映像到Cache的⼀个准确确定的字块中。

直接映象是⼀种最简单的地址映像⽅式，它的地址变换速度快，⽽且不涉及其他两种映像⽅式中的替换策略问题。

但是这种⽅式的块冲突概率较⾼，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系⽽⽆法应⽤。

全相联映像：指主存的⼀个字块可以映像到整个Cache的任何⼀个字块中。

这种⽅式只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很⾼的Cache命中率；但实现很复杂。

当访问⼀个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址标记进⾏⽐较已确定是否命中。

1.4 测试题及参考答案（一）单项选择题（在下列每小题的四个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把你认为是正确答案的题号，填入题后的（）内，多选不给分）1、计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级间相对顺序正确的应当是（）。

①汇编语言机器级——操作系统机器级——高级语言机器级②微程序机器级——传统机器语言机器级——汇编语言机器级③传统机器语言机器级——高级语言机器级——汇编语言机器级④汇编语言机器级——应用语言机器级——高级语言机器级2、汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（）来实现的。

①编译程序解释②汇编程序解释③编译程序翻译④汇编程序翻译3、直接执行微指令的是（）。

①汇编程序②编译程序③硬件④微指令程序4、对系统程序员不透明的应当是（）。

①Cache存贮器②系列机各档不同的数据通路宽度③指令缓冲寄存器④虚拟存贮器5、对应用程序员不透明的应当是（）。

①先行进位链②乘法器③指令缓冲器④条件码寄存器6、对机器语言程序员透明的是（）。

①中断字②主存地址寄存器③通用寄存器④条件码7、计算机系统结构不包括（）。

①主存速度②机器工作状态③信息保护④数据表示8、对计算机系统结构透明的是（）。

①字符行运算指令②是否使用通道型I/O处理机③虚拟存贮器④VLSI技术9、对汇编程序语言透明的是（）。

①I/O方式中的DMA访问方式②浮点数据表示③访问方式保护④程序性中断10、属计算机系统结构考虑的是（）。

①主存采用MOS还是TTL②主存采用多体交叉还是单体③主存容量和编址方式④主存频宽的确定11、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）。

①计算机软件所要完成的功能②计算机硬件的全部组成③编程要用到的硬件组织④计算机各部件的硬件实现12、计算组成设计不考虑（）。

①专用部件设置②功能部件的集成度③控制机构的组成④缓冲技术13、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）。

①“执行”指令②“访管”指令③“启动I/O”指令④“测试与置定”指令14、以下说法中，不正确的是（）。

计算机系统结构试题及答案一、选择题（50分，每题2分，正确答案可能不只一个，可单选或复选）1.（CPU周期、机器周期）是内存读取一条指令字的最短时间。

2.（多线程、多核）技术体现了计算机并行处理中的空间并行。

3.（冯•诺伊曼、存储程序）体系结构的计算机把程序及其操作数据一同存储在存储器里。

4.（计算机体系结构）是机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性，其实质是确定计算机系统中软硬件的界面。

5.（控制器）的基本任务是按照程序所排的指令序列，从存储器取出指令操作码到控制器中，对指令操作码译码分析，执行指令操作。

6.（流水线）技术体现了计算机并行处理中的时间并行。

7.（数据流）是执行周期中从内存流向运算器的信息流。

8.（指令周期）是取出并执行一条指令的时间。

9.1958年开始出现的第二代计算机，使用（晶体管）作为电子器件。

10.1960年代中期开始出现的第三代计算机，使用（小规模集成电路、中规模集成电路）作为电子器件。

11.1970年代开始出现的第四代计算机，使用（大规模集成电路、超大规模集成电路）作为电子器件。

12.Cache存储器在产生替换时，可以采用以下替换算法：（LFU算法、LRU算法、随机替换）。

13.Cache的功能由（硬件）实现，因而对程序员是透明的。

14.Cache是介于CPU和（主存、内存）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。

15.Cache由高速的（SRAM）组成。

16.CPU的基本功能包括（程序控制、操作控制、时间控制、数据加工）。

17.CPU的控制方式通常分为：（同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式）反映了时序信号的定时方式。

18.CPU的联合控制方式的设计思想是：（在功能部件内部采用同步控制方式、在功能部件之间采用异步控制方式、在硬件实现允许的情况下，尽可能多地采用异步控制方式）。

19.CPU的同步控制方式有时又称为（固定时序控制方式、无应答控制方式）。

计算机系统结构试题答案一、选择题1. 计算机系统结构主要研究的是什么？A. 计算机软件的开发与应用B. 计算机硬件的设计与实现C. 数据库的管理和维护D. 网络通信的原理与技术答案：B2. 下列哪个不是冯·诺依曼体系结构的组成部分？A. 运算器B. 控制器C. 寄存器D. 操作系统答案：D3. 在计算机系统中，缓存的作用是什么？A. 存储大量数据B. 提高数据处理速度C. 保证数据安全D. 管理内存分配答案：B4. 多核处理器相较于单核处理器的优势在于：A. 体积更小B. 能耗更低C. 处理能力更强D. 成本更低答案：C5. 下列哪个术语描述的是计算机系统中数据传输的路径？A. 总线B. 缓存C. 寄存器D. 指令集答案：A二、填空题1. 计算机系统的性能瓶颈通常是由__________带来的。

答案：带宽限制2. 在计算机系统中，__________是一种用于提高存储器访问效率的技术。

答案：虚拟内存3. 现代计算机系统中，多线程技术可以有效地提高__________的利用率。

答案：CPU4. ________是衡量计算机系统处理能力的一个重要指标。

答案：时钟频率5. 在计算机系统中，__________技术可以减少处理器等待数据的时间。

答案：预取三、简答题1. 请简述冯·诺依曼体系结构的基本原理。

答：冯·诺依曼体系结构是一种计算机组织和设计的概念，它将计算机的算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、存储器以及输入输出设备通过一组总线连接起来。

在这种体系结构中，程序指令和数据都存储在同一存储器中，并且按照顺序执行。

这种设计使得计算机能够通过改变存储在其内部的指令来重新编程和重新配置，从而执行各种各样的任务。

2. 描述缓存在计算机系统中的作用及其优势。

答：缓存是计算机系统中的一种小型、快速的存储器，它的作用是暂时存储频繁访问的数据和指令，以便快速访问。

当处理器需要某个数据时，它首先检查缓存中是否有该数据的副本。