《计算机系统原理》综合模拟试题三

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《计算机系统原理》综合模拟试题三一、单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）

1. 运算器的核心部件是（ ）A. 累加器（ACC）B. 算术逻辑单元（ALU）C. 数据缓冲寄存器（DR）D. 程序状态字寄存器（PSW）

2. 指令中直接给出操作数的寻址方式称为（ ）A. 立即寻址B. 直接寻址C. 寄存器寻址D. 间接寻址

3. 以下不属于 Cache 替换策略的是（ ）A. 先进先出（FIFO）B. 最近最少使用（LRU）C. 随机替换（RAND）D. 最优替换（OPT）

4. 设备管理中，为解决 CPU 与外设速度不匹配问题而引入的技术是（ ）A. 缓冲技术B. 通道技术C. DMA 技术D. 中断技术

5. 进程同步的基本任务是实现进程间的（ ）A. 资源分配B. 互斥与协作C. 状态转换D. 优先级调度

6. 文件系统中，用户通过文件名访问文件时，需将文件名转换为（ ）A. 文件物理地址B. 文件目录项C. 文件控制块（FCB）D. 索引节点（inode）

7. 以下关于死锁的叙述中，正确的是（ ）A. 死锁是程序运行中的正常现象B. 死锁的必要条件包括互斥、请求与保持、不剥夺、循环等待C. 银行家算法用于检测死锁D. 死锁的解除只能通过重启系统实现

8. 在段式存储管理中，逻辑地址由（ ）组成A. 段号和页号B. 段号和段内偏移C. 页号和页内偏移D. 段号和页内偏移

9. 输入输出系统中，设备控制器的主要功能是（ ）A. 实现 CPU 与外设的通信控制B. 存储外设数据C. 执行输入输出指令D. 提供外设接口标准

10. 文件的存取方法不包括（ ）A. 顺序存取B. 随机存取C. 索引存取D. 直接存取

二、填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）

1. 运算器由 ALU、寄存器组和（ ）组成。

2. 指令格式中，操作数地址的个数称为（ ）。

3. 主存与 Cache 之间的数据交换以（ ）为单位。

4. 设备管理的目标是实现设备的高效利用和（ ）。

5. 进程调度算法中，短作业优先（SJF）属于（ ）调度算法。

6. 文件的逻辑结构分为流式文件和（ ）。

7. 虚拟存储器的三种实现方式为分页、分段和（ ）。

8. 中断系统中，CPU 响应中断的时间是（ ）。

9. 总线的同步定时方式由（ ）统一控制数据传输时序。

10. 操作系统中，用户程序请求系统服务的接口称为（ ）。

三、名词解释题（本大题共 2 小题，每小题 5 分，共 10 分）

1. 时钟周期

2. 文件物理结构

四、简答题（本大题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分）

1. 简述运算器的主要功能及组成部件。

2. 说明指令格式中操作码与地址码的作用，并举一例说明。

3. 虚拟存储器相比传统主存管理有哪些优势？

4. 设备管理中为什么需要缓冲技术？常用的缓冲类型有哪些？

五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）

1. 已知某浮点数格式为：符号位 1 位，阶码 4 位（补码），尾数 7 位（原码，含 1 位整数位）。若机器数为0 1010 1011000，求其十进制真值。

2. 某计算机主存容量为 64KB，Cache 容量为 2KB，块大小为 16 字节，采用全相联映射方式。求 Cache 的块数、主存的块数及主存地址中标记字段的长度。

六、分析设计题（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）

1. 设计一个运算器数据通路示意图，说明数据从寄存器 R1 和 R2 经 ALU 运算后存入 R3 的过程。

2. 假设某系统采用段式存储管理，段表项包含段基址、段长和访问权限。画出逻辑地址到物理地址的转换过程，并说明越界访问的检测方法。

《计算机系统原理》综合模拟试题三参考答案及详细分析一、单项选择题

1. B

◦ 分析：运算器的核心是算术逻辑单元（ALU），负责执行算术运算（如加减乘除）和逻辑运算（如与或非），其他部件辅助数据传输和状态记录，故选 B。

1. A

◦ 分析：立即寻址是指操作数直接包含在指令中，直接寻址是地址码为操作数地址，寄存器寻址是操作数在寄存器中，间接寻址需通过地址码找到操作数地址，故选 A。

2. C

◦ 分析：Cache 替换策略包括 FIFO、LRU、OPT 等，随机替换（RAND）不属于常用策略，实际中多用前三者，故选 C。

3. A

◦ 分析：缓冲技术通过设置缓冲区暂存数据，解决 CPU 与外设速度不匹配问题（如打印机低速输出），其他技术侧重数据传输方式，故选 A。

4. B

◦ 分析：进程同步的核心是解决互斥（资源独占）和协作（进程间通信）问题，确保并发执行的正确性，故选 B。

5. C

◦ 分析：文件目录项中存储文件控制块（FCB），包含文件物理地址、属性等信息，用户通过文件名查询目录得到 FCB，故选 C。

6. B

◦ 分析：死锁的四个必要条件包括互斥、请求与保持、不剥夺、循环等待，银行家算法用于避免死锁，解除可通过资源剥夺或终止进程，故选 B。

7. B

◦ 分析：段式管理中，逻辑地址由段号（标识段）和段内偏移（段内地址）组成，与页式管理的页号 + 页内偏移不同，故选 B。

8. A

◦ 分析：设备控制器是 CPU 与外设之间的接口，负责解析控制命令、传输数据、处理中断，不直接存储数据或执行指令，故选 A。

9. D

◦ 分析：文件存取方法包括顺序（按记录顺序）、随机（按关键字直接访问）、索引（通过索引表），直接存取通常指随机存取，故选 D。

二、填空题

1. 数据通路

◦ 分析：运算器由 ALU（运算核心）、寄存器组（暂存数据）和数据通路（传输路径）组成，实现数据的运算和流动。

10. 操作数个数

◦ 分析：指令格式按操作数地址个数分类，如零地址、一地址、二地址、三地址指令，反映指令的操作数数量。

11. 块（或 Cache 块）

◦ 分析：主存与 Cache 以块为单位交换数据，块大小通常为若干字节，利用程序局部性原理提高命中率。

12. 设备无关性

◦ 分析：设备管理目标包括高效利用资源、提供统一接口（设备无关性），使用户无需关心硬件细节。

13. 剥夺式 / 非剥夺式

◦ 分析：短作业优先（SJF）可分为非剥夺式（执行完当前作业）和剥夺式（抢占式 SJF），此处填 “非剥夺式” 更典型。

14. 记录式文件

◦ 分析：文件逻辑结构分为流式文件（无结构字节流，如文本文件）和记录式文件（有结构记录集合，如数据库文件）。

15. 段页式

◦ 分析：虚拟存储器实现方式包括分页（离散分配）、分段（逻辑分段）、段页式（两者结合），提供不同的地址空间管理。

16. 当前指令执行结束后

◦ 分析：CPU 在每条指令执行完毕后检测中断请求，确保指令原子性，避免中断处理破坏指令完整性。

17. 系统时钟

◦ 分析：同步定时总线由系统时钟统一控制时序，各部件按固定时钟周期操作，异步总线则通过握手信号协调。

18. 系统调用

◦ 分析：系统调用是用户程序请求操作系统服务的接口（如文件打开、进程创建），是用户态到内核态的接口。

三、名词解释题

1. 时钟周期

◦ 分析：时钟周期是 CPU 的基本时间单位，由主频决定（如 1GHz 主频对应 1ns 时钟周期）。它是计算机中最小时序单位，一个机器周期包含若干时钟周期，用于同步 CPU 内部操作，如寄存器数据传输、ALU 运算等。

19. 文件物理结构

◦ 分析：文件物理结构是文件在存储设备上的存储方式，描述数据块如何组织和关联。常见类型包括顺序结构（连续存储，适合顺序访问）、链接结构（非连续，用指针链接数据块，适合动态扩展）、索引结构（通过索引表记录数据块地址，支持随机访问），反映文件在磁盘上的实际存储形态。

四、简答题

1. 简述运算器的主要功能及组成部件。

◦ 分析：主要功能：执行算术运算（加减乘除等）和逻辑运算（与或非、移位、比较等）；暂存运算数据和中间结果；提供运算状态标志（如进位、溢出、零标志）。

◦ 组成部件：算术逻辑单元（ALU），实现具体运算；寄存器组（如累加器 ACC、数据寄存器 DR、通用寄存器组），存储操作数和结果；数据通路，连接各部件的传输路径；程序状态字寄存器（PSW），记录运算状态（如 ZF、CF、OF 等）。

20. 说明指令格式中操作码与地址码的作用，并举一例说明。

◦ 分析：操作码作用：规定指令的操作类型（如加法、跳转、访存等），是指令的核心，译码器通过操作码确定执行的操作。

◦ 地址码作用：指出操作数的地址或直接包含操作数，可能包括源操作数地址、目的操作数地址、下一条指令地址等。

◦ 举例：二地址指令ADD R1, R2，操作码为 “ADD”（表示加法），地址码为寄存器 R1（源操作数）和 R2（目的操作数），功能是将 R1 和 R2 中的数据相加，结果存回 R2。

21. 虚拟存储器相比传统主存管理有哪些优势？

◦ 分析：扩大地址空间：程序可使用远大于物理内存的逻辑地址空间，解决内存容量不足问题；

◦ 内存利用率高：通过分页 / 分段技术，内存离散分配，减少碎片；

◦ 程序独立性：每个进程拥有独立虚拟地址空间，保护进程数据互不干扰；

◦ 便于程序共享与动态链接：通过段式管理实现代码段共享，支持动态库加载；

◦ 基于局部性原理：利用程序访问局部性，仅将部分常用数据调入内存，提高内存使用效率。

22. 设备管理中为什么需要缓冲技术？常用的缓冲类型有哪些？

◦ 分析：必要性：解决 CPU 与外设速度不匹配（如 CPU 纳秒级、磁盘毫秒级），减少 CPU 等待时间；协调数据传输单位差异（如 CPU 按字、外设按块传输）；平滑突发数据传输（如网络接收突发数据）。

◦ 缓冲类型：单缓冲（最简单，设一个缓冲区）；双缓冲（两个缓冲区交替使用，提高并行性）；循环缓冲（多个缓冲区组成队列，适合持续数据传输）；缓冲池（系统公用缓冲区，动态分配给多个外设）。

五、计算题

1. 符号位：0（正数）

◦ 阶码（补码 1010）：十进制为 + 10，实际指数为 2^10

◦ 尾数（原码 1.011000，整数位 1，小数位 011000）：真值为 1 + 0×2^-1 + 1×2^-2 + 1×2^-3 = 1.375

◦ 真值：1.375 × 2^10 = 1.375 × 1024 = 1408

◦ 答案：+1408

2. Cache 块数：2KB / 16B = 128 块

◦ 主存块数：64KB / 16B = 4096 块

◦ 主存地址长度：log2 (64KB)=16 位

◦ 标记字段长度：主存地址长度 - 块内地址长度（log2 (16B)=4 位）=16-4=12 位

◦ 答案：Cache 块数 128，主存块数 4096，标记字段 12 位

六、分析设计题

1. 运算器数据通路示意图：

◦ 结构：包括 ALU、寄存器 R1/R2/R3、数据总线、控制信号（如读 / 写控制、ALU 操作码）。

◦ 过程：

i. 控制单元发读信号，R1 和 R2 数据经数据总线送入 ALU 输入端；

ii. 控制单元发送 ALU 操作码（如加法），ALU 执行运算；

iii. 运算结果通过数据总线写入 R3，控制单元发写信号完成存储。

23. 段式地址转换过程：

◦ 逻辑地址 = 段号 + 段内偏移

◦ 转换步骤：

i. 用段号查找段表，获取段基址和段长；

ii. 检查段内偏移是否≥段长，若超过则触发越界中断；

iii. 物理地址 = 段基址 + 段内偏移，访问内存对应单元。

◦ 越界检测：比较段内偏移与段长，若偏移≥段长，说明访问超出段范围，系统终止该进程或报错，确保内存访问安全。