《计算机系统原理》综合模拟试题四

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《计算机系统原理》综合模拟试题四一、单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）

1. 以下属于 CPU 控制单元功能的是（ ）A. 执行算术运算B. 生成操作控制信号C. 暂存运算结果D. 存储程序指令

2. 指令中地址码为寄存器编号，操作数存于该寄存器的寻址方式是（ ）A. 寄存器直接寻址B. 寄存器间接寻址C. 立即寻址D. 直接寻址

3. 在页式虚拟存储管理中，页表的作用是实现（ ）A. 逻辑地址到物理地址的转换B. 物理地址到逻辑地址的转换C. 段号到段基址的映射D. 虚拟地址到辅存地址的映射

4. 以下设备中，属于块设备的是（ ）A. 键盘B. 打印机C. 磁盘D. 鼠标

5. 进程调度的时机不包括（ ）A. 进程阻塞时B. 进程运行完毕时C. 时钟中断发生时D. 程序编译完成时

6. 文件系统中，索引节点（inode）的主要作用是（ ）A. 存储文件名称B. 记录文件物理地址C. 管理文件目录结构D. 控制文件访问权限

7. 以下关于总线仲裁的叙述中，正确的是（ ）A. 集中式仲裁由各设备自行决定总线使用权B. 分布式仲裁需要中央仲裁器C. 菊花链仲裁方式优先级固定D. 总线仲裁的目的是解决数据传输冲突

8. 在段页式存储管理中，逻辑地址由（ ）组成A. 段号、页号、页内偏移B. 段号、段内偏移、页号C. 页号、段号、页内偏移D. 段内偏移、页号、页内偏移

9. 以下属于不可屏蔽中断的是（ ）A. 键盘输入中断B. 电源故障中断C. 打印机完成中断D. 磁盘读写中断

10. 文件的逻辑结构是指（ ）A. 文件在存储设备上的组织方式B. 用户视角的文件组织形式C. 文件目录的存储结构D. 文件数据块的链接方式

二、填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）

1. CPU 的控制单元分为硬布线控制器和（ ）两类。

2. 指令的寻址方式分为顺序寻址和（ ）。

3. 虚拟存储器的页表中，记录页面是否在内存的标志位是（ ）。

4. 设备与 CPU 通信的控制方式中，（ ）方式下 CPU 效率最低。

5. 进程的三种基本状态转换中，从运行态到阻塞态的原因是（ ）。

6. 文件系统中，目录项的主要内容是文件名和对应的（ ）。

7. 总线的传输周期包括申请分配、寻址、（ ）和结束四个阶段。

8. 段式存储管理中，段长决定了段内偏移的（ ）。

9. 中断处理的最后一步是（ ）。

10. 磁盘调度算法中，（ ）算法可能导致 “饥饿” 现象。

三、名词解释题（本大题共 2 小题，每小题 5 分，共 10 分）

1. 临界资源

2. 缺页中断

四、简答题（本大题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分）

1. 简述硬布线控制器与微程序控制器的区别。

2. 说明页式存储管理中页面大小的选择对系统的影响。

3. 设备驱动程序的主要功能有哪些？与设备无关性有何关系？

4. 什么是进程的互斥与同步？举例说明二者的区别。

五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）

1. 某计算机采用段页式存储管理，段表基址寄存器内容为 2000H，段号为 3，段内偏移为 1000H，页表中对应页号的页帧号为 500H，页大小为 4KB。计算物理地址。

2. 某磁盘有 200 个磁道（0-199），当前磁头在 100 号磁道，请求队列依次为 120、30、180、90、150。采用最短寻道时间优先（SSTF）算法，计算磁头移动的总道数。

六、分析设计题（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）

1. 设计一个包含段表和页表的段页式地址转换流程，说明各部件的作用。

2. 假设某系统存在 3 个进程共享 4 个同类资源，每个进程最多申请 2 个资源。分析是否可能发生死锁，并说明理由。

《计算机系统原理》综合模拟试题四参考答案及详细分析一、单项选择题

1. B

◦ 分析：控制单元的主要功能是生成操作控制信号，协调各部件工作；算术运算由 ALU 执行，寄存器暂存数据，存储器存储指令，故选 B。

1. A

◦ 分析：寄存器直接寻址的地址码是寄存器编号，操作数在寄存器中；间接寻址的地址码是寄存器，内容为操作数地址，故选 A。

2. A

◦ 分析：页式管理中，页表记录页号对应的页帧号，实现逻辑地址（页号 + 页内偏移）到物理地址（页帧号 + 页内偏移）的转换，故选 A。

3. C

◦ 分析：块设备以数据块为单位传输（如磁盘），字符设备以字符为单位（如键盘、打印机），故选 C。

4. D

◦ 分析：进程调度时机包括进程阻塞、结束、时间片用完或时钟中断，程序编译完成与进程调度无关，故选 D。

5. B

◦ 分析：索引节点（inode）记录文件物理地址、大小、权限等元数据，文件名存于目录项并指向 inode，故选 B。

6. C

◦ 分析：菊花链仲裁优先级由设备位置决定，离仲裁器近的优先级高；集中式仲裁有中央仲裁器，分布式无，仲裁解决总线竞争，故选 C。

7. A

◦ 分析：段页式逻辑地址先分段再分页，结构为段号→页号→页内偏移，故选 A。

8. B

◦ 分析：不可屏蔽中断（如电源故障）不能被 CPU 屏蔽，必须立即处理；其他为可屏蔽中断，故选 B。

9. B

◦ 分析：文件逻辑结构是用户看到的组织形式（如流式、记录式），物理结构是存储方式（如顺序、索引），故选 B。

二、填空题

1. 微程序控制器

◦ 分析：控制单元分为硬布线（组合逻辑）和微程序（存储逻辑）两类，后者用微指令控制操作。

10. 跳跃寻址

◦ 分析：顺序寻址按 PC 递增访问下一条指令，跳跃寻址通过转移指令改变 PC 值，实现程序分支。

11. 有效位（或存在位）

◦ 分析：页表项中的有效位标识页面是否在内存，若为 0 则触发缺页中断。

12. 程序查询（或轮询）

◦ 分析：程序查询方式下 CPU 不断查询外设状态，完全占用 CPU，效率最低；中断、DMA、通道方式逐步提高效率。

13. 等待资源或事件

◦ 分析：进程因等待 I/O、锁等资源无法继续执行时，从运行态转为阻塞态。

14. 文件控制块（FCB）

◦ 分析：目录项是文件名到 FCB 的映射，FCB 包含文件完整属性和物理地址。

15. 数据传输

◦ 分析：总线传输周期包括申请（获取使用权）、寻址（指定设备）、数据传输、结束（释放总线）。

16. 最大长度

◦ 分析：段长决定段内偏移的最大值（如段长 64KB，段内偏移 0-65535），用于越界检测。

17. 中断返回

◦ 分析：中断处理流程为：请求→判优→响应→服务→返回，最后恢复现场并返回原程序。

18. 优先级调度

◦ 分析：优先级高的进程持续占用资源，低优先级可能长期无法获得调度，导致 “饥饿”。

三、名词解释题

1. 临界资源

◦ 分析：临界资源是一次仅允许一个进程访问的共享资源，如打印机、共享变量等。访问临界资源的代码段称为临界区，需通过互斥机制（如信号量、锁）保证一次只有一个进程进入，避免数据不一致。

19. 缺页中断

◦ 分析：缺页中断是当 CPU 访问的页面不在内存时触发的中断。此时操作系统将该页面从外存调入内存，更新页表有效位。缺页中断是异步中断，发生在指令执行过程中，需保存现场并处理页面置换，属于内中断（陷阱）。

四、简答题

1. 简述硬布线控制器与微程序控制器的区别。

◦ 分析：实现方式不同：硬布线控制器用组合逻辑电路直接生成控制信号，速度快但灵活性差；微程序控制器将控制信号编码为微指令，存储在控制存储器中，通过读取微指令生成信号，灵活性高但速度稍慢。

◦ 设计复杂度：硬布线依赖逻辑设计，修改困难；微程序通过修改微指令即可改变控制逻辑，适合复杂 CPU。

◦ 应用场景：硬布线适合简单 CPU（如单片机），微程序适合复杂 CPU（如 x86）。

20. 说明页式存储管理中页面大小的选择对系统的影响。

◦ 分析：优点：页面大，页表项少，页表空间小，地址转换快；适合大文件访问，减少缺页率。

◦ 缺点：页面大，内部碎片大（未用满的页）；页面小，页表项多，页表空间大，地址转换慢，但内部碎片小，适合小数据访问。

◦ 平衡：通常选择 4KB-16KB，兼顾页表空间和碎片问题，同时利用磁盘块大小（通常 4KB）提高 I/O 效率。

21. 设备驱动程序的主要功能有哪些？与设备无关性有何关系？

◦ 分析：功能：初始化设备、处理 I/O 请求、中断处理、数据传输、错误处理。

◦ 关系：设备驱动程序屏蔽硬件细节，向上层提供统一接口（如 read/write 函数），实现设备无关性。用户程序无需关心具体设备型号，通过统一接口访问，提高系统可移植性和易用性，驱动程序是设备无关性的底层支撑。

22. 什么是进程的互斥与同步？举例说明二者的区别。

◦ 分析：互斥：多个进程竞争临界资源时，同一时刻仅允许一个进程访问（如打印机），强调资源独占。

◦ 同步：进程间协作完成任务，通过信号量等机制协调执行顺序（如生产者 - 消费者问题，消费者需等待生产者放入数据），强调事件顺序。

◦ 区别：互斥是资源访问的排他性，同步是进程间的协作顺序；互斥是特殊的同步（竞争关系），同步包含协作和竞争场景。

五、计算题

1. 段表基址：2000H，段号 3，段表项地址 = 2000H + 3× 段表项长度（假设段表项按段号顺序存储，此处简化为直接查找段号 3 的页表基址）

◦ 假设段表中段号 3 对应的页表基址为 P，页内偏移 = 段内偏移 = 1000H（页大小 4KB=1000H，段内偏移低 12 位为页内偏移，高地址为页号）

◦ 页号 = 段内偏移的高地址部分（假设段内偏移 1000H 为 16 进制，4KB 页大小对应 12 位偏移，段内偏移 1000H 的页号 = 0，页内偏移 = 1000H

◦ 页帧号 500H，物理地址 = 页帧号 × 页大小 + 页内偏移 = 500H×1000H + 1000H=500000H + 1000H=501000H

◦ 答案：501000H（注：实际计算需明确段内偏移与页号的划分，此处假设段内偏移直接作为页内偏移，简化段页式转换步骤）

2. 当前磁道 100，请求队列 120、30、180、90、150

◦ 按 SSTF 算法，每次选择最近磁道：100→120（20 道）→150（30 道）→180（30 道）→90（90 道，错误，应选最近的 90 在 180 之前？正确顺序：100→120→150→180→120→90→30（重新排序）正确步骤：100 最近是 90（10 道），但原题队列顺序可能影响，假设按到达顺序处理：实际 SSTF 应优先处理离当前最近的，当前 100，最近是 90（10 道）和 120（20 道），先处理 90，再 30（60 道），再 120（90 道），150（30 道），180（30 道）总道数：10+60+90+30+30=220

◦ 答案：220 道（注：SSTF 算法需按当前磁头位置动态选择最近请求，可能因队列处理顺序不同略有差异，此处按标准算法计算）

六、分析设计题

1. 段页式地址转换流程：

◦ 流程：

i. CPU 给出逻辑地址（段号 S、页号 P、页内偏移 D）；

ii. 通过段表基址寄存器找到段表，用 S 查找段表项，获取页表基址；

iii. 用页表基址 + P 查找页表项，获取页帧号 F（若有效位为 0，触发缺页中断）；

iv. 物理地址 = F× 页大小 + D。

◦ 部件作用：段表基址寄存器存放段表起始地址，段表映射段号到页表基址，页表映射页号到页帧号，地址变换机构拼接物理地址。

23. 死锁可能性分析：

◦ 条件：3 个进程，每个最多申请 2 个资源，总资源 4 个。

◦ 最坏情况：每个进程已申请 1 个资源，剩余 1 个资源，此时无进程阻塞（因最多需 2 个，已有 1 个可继续申请 1 个）。

◦ 假设 3 个进程各占 1 个资源，申请第 2 个时，剩余 1 个资源分配给其中一个进程，该进程获得 2 个资源后释放，其他进程可继续申请，不会出现所有进程阻塞等待的情况（死锁需要每个进程都占有并等待资源，此处总资源 4≥3×(2-1)=3，满足银行家算法安全条件）。

◦ 结论：不可能发生死锁，因为总资源数大于进程数 ×(最大需求 - 1)，存在安全序列。