2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷1-参考答案

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2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷1-参考答案
一、单项选择题（每题 2 分，共 30 分）
1.计算机硬件能直接识别和执行的语言是（  ）
A. 高级语言  B. 符号语言  C. 汇编语言  D. 机器语言
答案：D。机器语言是计算机硬件能直接识别和执行的二进制代码语言，其他语言需经过翻译转换才能被计算机执行。
2.以下不属于计算机系统组成部分的是（  ）
A. 操作系统  B. 硬件系统  C. 数据库  D. 软件系统
答案：C。计算机系统由硬件系统和软件系统组成，操作系统属于软件系统，数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，不属于计算机系统的基本组成部分。
3.运算器的主要功能是进行（  ）
A. 算术运算  B. 逻辑运算  C. 算术和逻辑运算  D. 函数运算
答案：C。运算器不仅能进行加、减、乘、除等算术运算，还能进行与、或、非等逻辑运算。
4.计算机中存储容量的基本单位是（  ）
A. 字  B. 字节  C. 位  D. 兆
答案：B。字节（Byte）是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，通常情况下一字节等于八位。
5.下列存储器中，存取速度最快的是（  ）
A. 硬盘  B. 光盘  C. 内存  D. 软盘
答案：C。内存与 CPU 直接进行数据交换，其存取速度远快于硬盘、光盘、软盘等外部存储设备。
6.指令指针寄存器（IP）的作用是（  ）
A. 存放指令  B. 存放指令地址  C. 存放操作数  D. 存放操作数地址
答案：B。指令指针寄存器（IP）中存放的是下一条要执行指令的偏移地址，用于控制程序的执行流程。
7.计算机在执行某一任务时常被某个事件中断，而转去执行另一任务。以下不属于中断源的是（  ）
A. 定时器  B. 键盘输入  C. 除数为零  D. 内存故障
答案：D。定时器超时、键盘输入数据、执行除法运算时除数为零等都可以作为中断源向 CPU 发出中断请求，而内存故障通常不属于正常的中断源。
8.以下哪种寻址方式的操作数在寄存器中（  ）
A. 直接寻址  B. 寄存器间接寻址  C. 寄存器寻址  D. 立即寻址
答案：C。寄存器寻址方式中，操作数直接存放在寄存器中；直接寻址的操作数在内存中，寄存器间接寻址是操作数的地址存放在寄存器中，立即寻址是操作数直接包含在指令中。
9.若某计算机的字长为 32 位，则意味着（  ）
A. 该计算机能处理的最大数值为 32 位  B. 该计算机的 CPU 一次能处理 32 位二进制数据
C. 该计算机的内存容量为 32 位  D. 该计算机的硬盘容量为 32 位
答案：B。字长是指计算机 CPU 一次能直接处理的二进制数据的位数，它直接影响计算机的运算精度和处理能力。
10.操作系统的主要功能是（  ）
A. 实现软、硬件转换  B. 管理系统所有的软、硬件资源
C. 把源程序转换为目标程序  D. 进行数据处理
答案：B。操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石，它负责管理系统所有的软、硬件资源，提供用户与计算机之间的接口。
11.虚拟存储器的作用是（  ）
A. 提高内存的访问速度  B. 扩大内存容量
C. 提高外存的访问速度  D. 扩大外存容量
答案：B。虚拟存储器是利用外存空间来虚拟扩大内存容量，使得程序可以在比实际内存更大的地址空间中运行。
12.以下哪种存储设备是易失性存储器（  ）
A. 硬盘  B. 闪存  C. 随机存取存储器（RAM）  D. 只读存储器（ROM）
答案：C。随机存取存储器（RAM）在断电后存储的数据会丢失，属于易失性存储器；硬盘、闪存和只读存储器（ROM）断电后数据不会丢失，属于非易失性存储器。
13.计算机系统中，控制器的基本功能是（  ）
A. 进行算术运算和逻辑运算  B. 存储各种控制信息
C. 保持各种控制状态  D. 控制机器各个部件协调一致地工作
答案：D。控制器是计算机的指挥中心，负责控制机器各个部件协调一致地工作，以完成各种指令的执行。
14.中断向量表的作用是（  ）
A. 存放中断服务程序的入口地址  B. 存放中断源的优先级
C. 存放中断屏蔽字  D. 存放中断请求信号
答案：A。中断向量表中存放的是各个中断服务程序的入口地址，当 CPU 响应中断时，通过中断向量表找到对应的中断服务程序入口，从而转去执行中断服务程序。
15.以下关于计算机系统性能指标的说法，错误的是（  ）
A. 主频越高，计算机的运算速度越快  B. 存取周期越短，计算机的存取速度越快
C. 数据传输率越高，计算机的数据传输速度越快  D. 内存容量越大，计算机的运算速度越快
答案：D。内存容量主要影响计算机能同时处理的数据量和程序的运行规模，而计算机的运算速度主要与 CPU 的主频、运算器的性能等因素有关，虽然内存容量对运算速度有一定影响，但不是直接决定因素。
二、填空题（每题 2 分，共 20 分）
1.计算机的五大基本组成部分包括运算器、______、存储器、输入设备和输出设备。
答案：控制器
2.指令由______和操作数两部分组成。
答案：操作码
3.内存按工作方式可分为随机存取存储器（RAM）和______。
答案：只读存储器（ROM）
4.在计算机中，一个字节由______位二进制数组成。
答案：8
5.计算机的总线通常分为数据总线、地址总线和______。
答案：控制总线
6.计算机中，将高级语言源程序翻译成机器语言目标程序的过程称为______。
答案：编译
7.操作系统中，进程的基本状态有就绪状态、执行状态和______。
答案：阻塞状态
8.磁盘的访问时间包括寻道时间、______和数据传输时间。
答案：旋转延迟时间
9.中断处理过程一般包括中断请求、中断响应、______和中断返回。
答案：中断处理
10.计算机系统的性能指标主要有运算速度、______、内存容量、存取周期等。
答案：主频
三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1.简述计算机的工作原理。
参考答案：计算机基于冯・诺依曼原理工作。首先，将程序和数据通过输入设备存入存储器中。控制器从存储器中按顺序读取指令（1 分），对指令进行译码分析（1 分），确定指令的操作类型和操作数地址（1 分）。根据操作数地址，从存储器中读取操作数（1 分），将操作数送往运算器进行相应的算术或逻辑运算（1 分）。运算结果再根据指令要求存储回存储器（1 分）或通过输出设备输出（1 分）。整个过程不断重复，按照程序设定的顺序依次执行指令，从而完成各种任务（3 分）。
2.说明冯・诺依曼计算机体系结构的特点。
参考答案：冯・诺依曼计算机体系结构具有以下特点：
（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成（2 分）。
（2）采用二进制形式表示数据和指令（2 分）。所有的数据和指令都以二进制代码的形式存储在存储器中，便于计算机进行识别和处理。
（3）存储程序控制。将程序和数据预先存储在存储器中（2 分），计算机在运行时，控制器自动、连续地从存储器中读取指令并执行，无需人工干预（2 分）。
（4）指令和数据均存放在存储器中，按地址访问（2 分）。每个存储单元都有唯一的地址，通过地址可以快速准确地访问存储单元中的指令和数据。
3.简述高速缓存（Cache）的工作原理。
参考答案：高速缓存（Cache）是一种高速、小容量的存储器，位于 CPU 和主存之间（2 分）。其工作原理基于程序访问的局部性原理，即程序在执行过程中，对存储器的访问呈现出相对集中的趋势（2 分）。当 CPU 需要访问数据或指令时，首先检查 Cache 中是否有所需内容（2 分）。如果命中（Cache 中有所需内容），则直接从 Cache 中读取，大大提高了访问速度（2 分）；如果未命中，则从主存中读取，并将该数据或指令所在的存储块同时调入 Cache 中，以便下次访问时能命中（2 分）。通过这种方式，Cache 有效地减少了 CPU 访问主存的次数，提高了整个计算机系统的性能。
四、论述题（20 分）
论述计算机系统中存储系统的层次结构，并分析各层次的作用和特点。
参考答案：计算机系统的存储系统采用层次结构，主要包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存、外存（硬盘、光盘、U 盘等），自上而下存储容量逐渐增大，速度逐渐降低，成本逐渐降低（3 分）。
1.寄存器：
◦作用：寄存器是 CPU 内部的高速存储单元，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（2 分）。它与 CPU 的运算器和控制器紧密配合，能够快速地提供数据给运算器进行运算，并接收运算结果（1 分）。
◦特点：速度极快，几乎与 CPU 的运算速度同步，能够满足 CPU 对数据的快速读写需求（1 分）；但容量非常小，一般只有几十个到几百个字节（1 分）。
2.高速缓存（Cache）：
◦作用：作为 CPU 和主存之间的缓冲存储区，根据程序访问的局部性原理，Cache 保存了主存中部分常用数据和指令的副本（2 分）。当 CPU 访问数据或指令时，首先在 Cache 中查找，若命中则直接读取，减少了 CPU 访问主存的时间，提高了系统性能（1 分）。
◦特点：速度比主存快很多，一般比主存快 5 - 10 倍（1 分）；容量相对较小，通常为几 KB 到几 MB（1 分）；采用高速的存储介质，成本较高（1 分）。
3.主存（内存）：
◦作用：主存是计算机运行时直接使用的存储区域，用于存放正在运行的程序和数据（2 分）。CPU 通过地址总线和数据总线与主存进行数据交换，主存为 CPU 提供了即时的工作空间（1 分）。
◦特点：速度适中，能够满足计算机系统的一般数据访问需求（1 分）；容量相对较大，一般为几 GB 到几十 GB（1 分）；采用半导体存储技术，成本相对较低（1 分），但在断电后数据会丢失，属于易失性存储器（1 分）。
4.外存：
◦作用：外存是计算机的辅助存储设备，用于长期存储大量的程序和数据（1 分）。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（1 分）。外存可以弥补主存容量的不足，并且在计算机断电后数据不会丢失（1 分）。
◦特点：存储容量非常大，例如硬盘的容量可以达到 TB 级别（1 分）；速度相对较慢，访问时间比主存长得多（1 分）；成本低，采用磁性或光学存储介质，单位存储成本远低于主存（1 分）。
这种层次化的存储结构，通过合理地利用不同存储层次的特点，在满足计算机系统对存储容量、速度和成本的综合要求方面发挥了重要作用，有效地提高了计算机系统的整体性能（1 分）。