2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷六-参考答案

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2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷六-参考答案一、单项选择题（每题 2 分，共 30 分）

1. 计算机系统中，负责将计算机的处理结果以人们能理解的形式输出的部件是（  ）

A. 运算器  B. 控制器  C. 输出设备  D. 存储器

答案：C。运算器负责数据运算，控制器负责控制指令执行，存储器用于存储数据和指令，只有输出设备能将计算机处理结果转化为人们能理解的形式，比如显示器显示图像、打印机打印文档等。

2. 以下关于计算机系统中数据表示的说法，正确的是（  ）

A. 原码表示法中，正数和负数的表示方式相同

B. 反码表示法主要用于简化加减法运算

C. 补码表示法中，0 的表示是唯一的

D. 浮点数表示法只能表示小数

答案：C。原码中正数和负数符号位不同；补码用于简化加减法运算；补码中 0 的表示唯一，不像原码和反码有两种表示；浮点数不仅能表示小数，还能表示很大或很小的整数。

3. 若某计算机的字长为 64 位，这意味着（  ）

A. 该计算机能处理的最大整数为 64 位

B. 该计算机的 CPU 一次能处理 64 位二进制数据

C. 该计算机的内存容量为 64 位

D. 该计算机的硬盘容量为 64 位

答案：B。字长指 CPU 一次能直接处理的二进制数据的位数，与计算机能处理的最大整数、内存和硬盘容量并无直接关联。

4. 计算机系统中，用于存储 BIOS 程序的是（  ）

A. SRAM  B. DRAM  C. ROM  D. Flash Memory

答案：C。BIOS 程序需要在计算机断电后依然保存，ROM（只读存储器）特性符合，SRAM 和 DRAM 断电数据丢失，Flash Memory 虽然也可存储，但 BIOS 一般固化在 ROM 中。

5. 以下哪种寻址方式下，操作数直接包含在指令中（  ）

A. 直接寻址  B. 寄存器寻址  C. 立即寻址  D. 间接寻址

答案：C。立即寻址中，操作数直接作为指令的一部分；直接寻址操作数在内存中，寄存器寻址操作数在寄存器，间接寻址需通过寄存器找到操作数地址再访问内存获取操作数。

6. 计算机系统中，中断优先级的设置目的是（  ）

A. 提高 CPU 的利用率

B. 确保紧急事件能优先得到处理

C. 减少中断处理时间

D. 降低系统功耗

答案：B。设置中断优先级是为了在多个中断请求同时发生时，让紧急事件对应的中断优先得到 CPU 处理，保证系统的稳定性和实时性。

7. 以下关于计算机系统中 Cache 的说法，正确的是（  ）

A. Cache 的容量越大，CPU 的访问速度就越快

B. Cache 是一种介于 CPU 和内存之间的高速缓冲存储器

C. Cache 中存放的是内存中所有数据的副本

D. Cache 的命中率与程序的局部性原理无关

答案：B。Cache 是高速缓冲存储器，位于 CPU 和内存之间；Cache 容量增大不一定使 CPU 访问速度线性加快；Cache 只存放内存中部分常用数据副本；其命中率与程序局部性原理密切相关，局部性好命中率高。

8. 计算机系统中，数据传输控制方式中，CPU 利用率最低的是（  ）

A. 程序查询方式  B. 中断方式  C. DMA 方式  D. 通道方式

答案：A。程序查询方式下，CPU 需不断查询 I/O 设备状态，期间 CPU 无法进行其他操作，利用率最低；中断方式、DMA 方式和通道方式都能在一定程度上减少 CPU 干预，提高利用率。

9. 计算机执行指令时，指令指针寄存器（IP）的作用是（  ）

A. 存放当前执行的指令

B. 存放当前指令的操作数

C. 指向下一条要执行的指令地址

D. 存放指令的执行结果

答案：C。指令指针寄存器（IP）始终指向下一条要执行的指令地址，保证程序按顺序或根据跳转指令正确执行。

10. 以下关于计算机系统中流水线技术的描述，正确的是（  ）

A. 流水线技术可以使多条指令同时执行

B. 流水线技术不会出现数据冲突问题

C. 流水线的级数越多，计算机的性能提升越明显

D. 流水线技术只适用于 CPU 的运算过程

答案：A。流水线技术通过将指令执行过程分段，使多条指令的不同阶段能同时进行，从而提高执行效率；流水线会出现数据冲突等问题；流水线级数并非越多性能提升越明显，级数过多会增加控制复杂度和延迟；流水线技术不仅用于 CPU 运算过程，还可用于其他部件协同工作。

11. 计算机系统中，操作系统的进程管理不包括（  ）

A. 进程创建  B. 进程调度  C. 进程通信  D. 进程编译

答案：D。进程编译是将源程序转换为可执行程序的过程，属于编译器的功能，操作系统进程管理主要负责进程创建、调度和通信等。

12. 以下关于计算机系统中内存管理的说法，错误的是（  ）

A. 内存分配方式有静态分配和动态分配

B. 内存回收是指释放不再使用的内存空间

C. 内存保护可以防止进程越界访问

D. 内存扩充只能通过增加物理内存实现

答案：D。内存扩充除了增加物理内存，还可通过虚拟存储技术利用外存空间扩充内存。

13. 计算机系统中，用于实现不同计算机之间通信的设备是（  ）

A. 显卡  B. 声卡  C. 网卡  D. 内存

答案：C。网卡是计算机与网络连接的硬件设备，用于实现不同计算机之间的数据通信；显卡负责图像输出，声卡负责音频处理，内存用于存储数据和指令。

14. 以下关于计算机系统中文件管理的说法，正确的是（  ）

A. 文件目录中只存储文件名

B. 文件的物理结构只有连续存储一种

C. 文件的逻辑结构与物理结构必须一致

D. 文件的存取方式有顺序存取和随机存取

答案：D。文件目录存储文件名、文件属性、文件在磁盘上的位置等信息；文件物理结构有连续存储、链接存储、索引存储等；文件逻辑结构和物理结构不一定一致；文件存取方式包括顺序存取和随机存取。

15. 计算机系统中，用于衡量计算机运算速度的指标是（  ）

A. 内存容量  B. 硬盘容量  C. 主频  D. 显示器分辨率

答案：C。主频即 CPU 的时钟频率，是衡量计算机运算速度的重要指标；内存容量和硬盘容量与存储相关，显示器分辨率与显示效果有关。

二、填空题（每题 2 分，共 20 分）

1. 计算机中，八进制数 56 转换为十进制数是______。

答案：46。计算方法为 5×8 + 6 = 46。

2. 计算机系统中，用于暂存操作数的寄存器是______。

答案：数据寄存器

3. 内存中，动态随机存取存储器（DRAM）依靠______来存储数据。

答案：电容

4. 计算机系统中，将高级语言源程序翻译为目标程序的过程中，若一次翻译一条语句并立即执行，这种方式称为______。

答案：解释

5. 进程调度算法中，______算法是按照进程的响应比来分配 CPU 时间。

答案：高响应比优先

6. 计算机系统中，磁盘的物理结构包括盘面、______和扇区。

答案：磁道

7. 中断处理过程中，CPU 在中断响应时需要保存当前的______和程序状态字。

答案：程序计数器（PC）

8. 存储管理中，为了避免内存碎片的产生，常采用______存储管理方式。

答案：分页（或分段、虚拟存储，合理即可）

9. 计算机系统中，数据传输的控制方式有______、中断方式、DMA 方式和通道方式。

答案：程序查询方式

10. 计算机系统中，用于连接 CPU、内存和 I/O 设备的公共通信线路称为______。

答案：总线

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）

1. 简述计算机系统中控制器的主要功能。

参考答案：控制器是计算机的指挥中心，主要有以下功能：

• 指令控制：从内存中读取指令，根据程序计数器（PC）的指示确定指令地址，每读取一条指令后 PC 自动递增指向下一条指令地址，保证指令顺序执行（3 分）。

• 操作控制：对读取的指令进行译码，分析指令的操作码和操作数地址，产生一系列控制信号，控制运算器、存储器、I/O 设备等部件协同工作，完成指令规定的操作（3 分）。

• 时间控制：为各部件提供时间信号，协调各部件的工作节奏，确保各操作按规定的时间顺序完成（2 分）。

• 程序控制：根据指令执行结果和状态信息，决定程序的流程，如跳转、循环等操作，实现程序的逻辑控制（2 分）。

1. 说明计算机系统中虚拟内存的实现原理及对系统性能的影响。

参考答案：

• 实现原理：虚拟内存利用外存模拟内存，采用请求分页或请求分段存储管理。程序运行时，仅将当前需要的部分页面或段调入内存（3 分）。当访问的页面或段不在内存时，产生缺页中断或缺段中断，操作系统从外存中调入相应的页面或段到内存，并更新页表或段表（3 分）。

• 对系统性能的影响：积极影响是扩大了程序可使用的地址空间，使程序能在比实际内存更大的空间中运行，提高内存利用率，多个程序可共享内存资源，提升系统并发处理能力（2 分）。消极影响是若频繁发生缺页中断，会导致大量的磁盘 I/O 操作，使系统性能下降（2 分）。

2. 简述计算机系统中 I/O 设备与主机之间的数据传输方式及特点。

参考答案：

• 程序查询方式：CPU 通过程序不断查询 I/O 设备的状态，若设备就绪则进行数据传输。特点是 CPU 利用率低，数据传输速度慢，适用于 I/O 设备较少且速度较慢的系统（3 分）。

• 中断方式：I/O 设备完成数据传输或出现其他事件时向 CPU 发出中断请求，CPU 暂停当前程序，转去处理中断事件。特点是 CPU 利用率比程序查询方式高，数据传输速度较快，但仍需 CPU 频繁中断处理（3 分）。

• DMA 方式：直接内存访问，DMA 控制器控制数据在内存和 I/O 设备之间直接传输，无需 CPU 干预。特点是数据传输速度快，CPU 利用率高，适用于高速 I/O 设备（2 分）。

• 通道方式：通道是一种特殊的处理器，独立管理 I/O 操作，能成组地进行数据传输。特点是数据传输效率最高，CPU 干预最少，适用于大型计算机系统和高速 I/O 设备（2 分）。

四、论述题（20 分）

论述计算机系统中存储体系的层次结构、各层次的特点及作用，并分析存储体系对计算机系统性能的影响。

参考答案：

1. 存储体系的层次结构：计算机存储体系从高到低依次为寄存器、高速缓存（Cache）、主存、外存（硬盘、光盘、U 盘等）（2 分）。

2. 各层次的特点及作用：

◦ 寄存器：

▪ 特点：速度极快，与 CPU 速度匹配；容量极小，一般只有几十个字节（2 分）。

▪ 作用：用于存放当前指令执行过程中需要的操作数、中间结果和指令指针等，能快速为 CPU 提供数据，保证指令高效执行（2 分）。

◦ 高速缓存（Cache）：

▪ 特点：速度比主存快很多，一般为几 KB 到几 MB；采用高速存储介质，成本较高（2 分）。

▪ 作用：根据程序访问的局部性原理，保存主存中部分常用数据和指令的副本，当 CPU 访问数据或指令时，先在 Cache 中查找，命中则直接读取，减少 CPU 访问主存的时间，提高系统性能（2 分）。

◦ 主存：

▪ 特点：速度适中，容量一般为几 GB 到几十 GB；采用半导体存储技术，成本相对较低；断电后数据丢失，属于易失性存储器（2 分）。

▪ 作用：用于存放正在运行的程序和数据，是 CPU 直接访问的存储区域，为 CPU 提供即时的工作空间（2 分）。

◦ 外存：

▪ 特点：存储容量非常大，可达 TB 级别；速度相对较慢；成本低，采用磁性或光学存储介质，断电后数据不丢失（2 分）。

▪ 作用：用于长期存储大量的程序和数据，当计算机需要使用外存中的数据时，将其调入主存中供 CPU 访问，弥补主存容量的不足（2 分）。

3. 对计算机系统性能的影响：合理的存储体系层次结构能有效提高计算机系统性能。寄存器和 Cache 能快速响应 CPU 的数据请求，减少 CPU 等待时间，提高指令执行速度；主存作为 CPU 和外存之间的桥梁，保证程序和数据的即时访问；外存提供大容量存储，使计算机能存储大量程序和数据（2 分）。若存储体系设计不合理，如 Cache 命中率低、主存容量不足、外存速度过慢等，会导致 CPU 频繁等待数据，增加磁盘 I/O 操作，使系统性能下降（2 分）。