2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷九-参考答案

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2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷九-参考答案一、单项选择题（每题 2 分，共 30 分）

1. 计算机硬件系统中，决定计算机运算精度的部件是（  ）

A. 运算器  B. 控制器  C. 存储器  D. 输入输出设备

答案：A。运算器的字长决定了计算机一次能处理数据的二进制位数，从而决定了运算精度。例如，32 位运算器和 64 位运算器在处理相同数据时，64 位运算器能表示的数据范围更广，精度更高。

2. 以下关于计算机系统中数据表示的说法，正确的是（  ）

A. 原码表示的负数，其符号位为 0

B. 补码表示法中，减法运算可以转换为加法运算

C. 浮点数的尾数部分表示数的指数大小

D. ASCII 码用 16 位二进制表示一个字符

答案：B。在补码表示法中，减去一个数等于加上这个数的补码，所以减法运算可转换为加法运算，简化了运算器的设计。原码表示的负数符号位为 1；浮点数的尾数部分表示数的有效数字，指数部分表示数的大小；ASCII 码用 7 位二进制表示一个字符。

3. 计算机系统中，用于存储当前指令地址的寄存器是（  ）

A. 程序计数器（PC）  B. 指令寄存器（IR）  C. 数据寄存器（DR）  D. 地址寄存器（AR）

答案：A。程序计数器（PC）始终存储着下一条要执行指令的地址，保证程序按顺序执行。当遇到跳转指令时，PC 的值会被修改为跳转目标地址。

4. 以下关于计算机系统中内存的说法，错误的是（  ）

A. 内存分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）

B. 动态随机存取存储器（DRAM）需要定期刷新以保持数据

C. 内存的存取速度比外存慢

D. 内存用于存放正在运行的程序和数据

答案：C。内存的存取速度比外存快很多，这是因为内存直接与 CPU 相连，能快速响应 CPU 的读写请求。而外存如硬盘、光盘等，其读写速度相对较慢，需要通过接口和总线与 CPU 进行数据传输。

5. 计算机系统中，用于实现内存地址与逻辑地址转换的是（  ）

A. 页表  B. 段表  C. 快表（TLB）  D. 以上都有可能，取决于存储管理方式

答案：D。在分页存储管理中，通过页表实现逻辑页号到物理页号的转换；在分段存储管理中，利用段表完成逻辑段到物理内存的映射；而快表（TLB）是一种高速缓存，用于加速地址转换，它可以与页表或段表配合使用。

6. 以下哪种进程调度算法可能导致 “饥饿” 现象（  ）

A. 时间片轮转调度算法  B. 高响应比优先调度算法

C. 短作业优先调度算法（非抢占式）  D. 优先级调度算法（静态优先级）

答案：D。在静态优先级调度算法中，如果低优先级进程一直得不到调度，而高优先级进程不断进入系统，就会导致低优先级进程 “饥饿”。时间片轮转调度算法每个进程轮流获得时间片，不会产生饥饿；高响应比优先调度算法综合考虑进程的等待时间和预计运行时间，相对公平；短作业优先调度算法（非抢占式）按照作业预计运行时间调度，若没有新的短作业进入，长作业也能得到执行，一般不会出现饥饿。

7. 计算机系统中，中断处理的第一步是（  ）

A. 中断响应  B. 中断请求  C. 中断处理  D. 中断返回

答案：B。当 I/O 设备完成数据传输、发生硬件故障或出现其他需要 CPU 处理的事件时，会向 CPU 发出中断请求信号，这是中断处理的第一步。之后 CPU 检测到请求且满足响应条件时进行中断响应，再进行中断处理，最后中断返回。

8. 计算机执行指令时，操作数的地址通过指令中的地址码直接给出的寻址方式是（  ）

A. 直接寻址  B. 寄存器寻址  C. 立即寻址  D. 间接寻址

答案：A。直接寻址中，操作数的地址直接包含在指令的地址码部分，CPU 根据这个地址直接到内存中读取操作数。寄存器寻址是操作数存放在寄存器中；立即寻址是操作数直接作为指令的一部分；间接寻址是指令中的地址码给出的是操作数地址的地址，需要先通过这个地址找到真正的操作数地址，再读取操作数。

9. 以下关于计算机系统中流水线技术的说法，正确的是（  ）

A. 流水线技术会降低指令执行的平均时间

B. 流水线技术中，各阶段的执行时间必须完全相同

C. 流水线技术可以消除数据相关问题

D. 流水线技术会增加控制复杂度，但不增加硬件成本

答案：A。流水线技术通过将指令执行过程划分为多个阶段，各阶段并行执行，从而降低了指令执行的平均时间，提高了指令执行效率。各阶段执行时间尽量相等，但实际中很难做到完全相同；流水线技术不能消除数据相关问题，只是通过一些技术手段（如数据旁路、暂停流水线等）来减少其对性能的影响；流水线技术不仅会增加控制复杂度，还会增加硬件成本，因为需要增加寄存器等硬件来保存各阶段的中间结果。

10. 计算机系统中，操作系统的文件管理不包括（  ）

A. 文件的目录管理  B. 文件的存储空间管理  C. 文件的加密  D. 文件的读写操作

答案：C。文件的加密通常由专门的加密软件或应用程序实现，不属于操作系统文件管理的基本功能。操作系统的文件管理主要负责文件的目录管理，用于组织和查找文件；文件的存储空间管理，为文件分配和回收磁盘空间；以及文件的读写操作，实现文件数据的输入输出。

11. 以下关于计算机系统中数据校验码的说法，正确的是（  ）

A. 奇偶校验码可以检测并纠正一位错误

B. 海明码能检测出两位错误并纠正一位错误

C. CRC 码只能检测错误，不能纠正错误

D. 循环冗余校验（CRC）码的生成多项式是固定不变的

答案：B。海明码通过在数据位中插入校验位，能够检测出两位错误并纠正一位错误。奇偶校验码只能检测奇数个错误，无法纠正错误；CRC 码在一定条件下也可以纠正少量错误，并且其生成多项式不是固定不变的，不同的应用场景可以选择不同的生成多项式来满足不同的纠错需求。

12. 计算机系统中，用于连接 CPU、内存和 I/O 设备，实现数据、地址和控制信号传输的部件是（  ）

A. 数据总线  B. 地址总线  C. 控制总线  D. 系统总线

答案：D。系统总线是连接 CPU、内存和 I/O 设备的公共通信线路，它包括数据总线，用于传输数据；地址总线，用于传输地址信息；控制总线，用于传输控制信号。这三种总线协同工作，实现了计算机各部件之间的通信和数据传输。

13. 以下关于计算机系统中存储体系的说法，错误的是（  ）

A. 存储体系的层次结构是为了提高存储系统的性价比

B. 高速缓存（Cache）的命中率越高，CPU 访问内存的平均时间越短

C. 虚拟存储器的容量等于物理内存容量与外存容量之和

D. 主存是计算机系统中 CPU 直接访问的存储部件

答案：C。虚拟存储器的容量受计算机的地址结构和外存容量的限制，并不是物理内存容量与外存容量之和。存储体系的层次结构从寄存器、Cache、主存到外存，是为了在存储容量、速度和成本之间取得平衡，提高性价比；Cache 命中率越高，CPU 从 Cache 中获取数据的概率越大，访问内存的平均时间就越短；主存直接与 CPU 相连，是 CPU 直接访问的存储部件。

14. 计算机系统中，用于衡量计算机性能的综合性指标是（  ）

A. 主频  B. 运算速度  C. 存储容量  D. 性能价格比

答案：D。性能价格比综合考虑了计算机的性能和价格因素，是衡量计算机性能的综合性指标。主频主要反映 CPU 的运算速度；运算速度只是计算机性能的一个方面；存储容量也是计算机性能的一个指标，但单独的存储容量不能全面衡量计算机性能。

15. 计算机系统中，将高级语言源程序逐行翻译并立即执行的过程称为（  ）

A. 编译  B. 解释  C. 汇编  D. 链接

答案：B。解释是将高级语言源程序逐行翻译并立即执行的过程，它不生成目标程序。编译是将高级语言源程序一次性翻译成目标程序；汇编是将汇编语言源程序转换为机器语言目标程序；链接是将多个目标文件和库文件组合成可执行文件。

二、填空题（每题 2 分，共 20 分）

1. 计算机中，十六进制数 4F 转换为十进制数是______。

答案：79。计算方法为 4×16 + 15 = 79（十六进制中 F 代表 15）。

2. 计算机系统中，用于存放操作数和运算结果的寄存器是______。

答案：累加器（ACC）

3. 内存中，静态随机存取存储器（SRAM）与动态随机存取存储器（DRAM）相比，______的功耗更高。

答案：SRAM

4. 计算机系统中，将高级语言源程序转换为目标程序的过程称为______。

答案：编译

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______、磁道和扇区。

答案：盘面

7. 中断处理过程中，CPU 在中断响应时会根据______找到对应的中断服务程序入口。

答案：中断向量表

8. 存储管理中，为了提高内存利用率，减少内存碎片，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程序查询方式、中断方式、______和通道方式。

答案：DMA 方式

10. 计算机系统中，用于连接多个外部设备，并实现设备选择和数据传输的部件是______。

答案：I/O 接口

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）

1. 简述计算机系统中运算器的工作原理。

参考答案：运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、累加器（ACC）、数据寄存器（DR）和状态寄存器（PSW）等组成。工作时，首先数据从内存或寄存器中读取到数据寄存器（2 分）。操作数在 ALU 中根据指令的操作码进行相应的算术运算（如加、减、乘、除）或逻辑运算（如与、或、非、异或）（4 分）。运算结果暂存于累加器中（2 分），同时状态寄存器会记录运算结果的状态信息，如是否溢出、是否为零、符号位等（2 分），这些状态信息可用于后续指令的判断和执行控制。

2. 说明计算机系统中虚拟存储器的实现方式及优点。

参考答案：

• 实现方式：主要通过请求分页和请求分段两种方式实现。请求分页将内存和程序划分为固定大小的页，程序运行时，只将当前需要的页面调入内存，当访问的页面不在内存时，产生缺页中断，操作系统从外存调入相应页面并更新页表（3 分）。请求分段按程序逻辑功能划分段，同样只将当前需要的段调入内存，缺段时产生缺段中断，调入段并更新段表（3 分）。

• 优点：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；提高了内存利用率，避免因内存不足导致程序无法运行；多个程序可共享内存资源，提高系统并发处理能力（4 分）。

1. 简述计算机系统中 I/O 设备与主机之间数据传输的 DMA 方式的特点。

参考答案：DMA（直接内存访问）方式具有以下特点：

• 数据传输速度快：DMA 控制器直接控制数据在内存和 I/O 设备之间传输，无需 CPU 干预，大大提高了数据传输速度，适用于高速 I/O 设备，如硬盘（4 分）。

• 减轻 CPU 负担：在数据传输过程中，CPU 可以继续执行其他任务，提高了 CPU 的利用率，不像程序查询和中断方式那样需要 CPU 频繁参与（3 分）。

• 需要专门的硬件支持：需要 DMA 控制器等硬件设备来实现数据传输的控制和管理（3 分）。

四、论述题（20 分）

论述计算机系统中总线的分类、功能及性能指标，并分析如何优化总线性能以提高计算机系统的整体性能。

参考答案：

1. 总线的分类：

◦ 数据总线：用于在 CPU、内存和 I/O 设备之间传输数据，其宽度决定了一次能传输的数据位数，如 32 位数据总线一次能传输 32 位二进制数据（3 分）。

◦ 地址总线：用于传输内存地址信息，指明数据在内存中的存储位置，地址总线的位数决定了计算机的最大寻址空间，如 32 位地址总线可寻址 2^32 个内存单元（3 分）。

◦ 控制总线：用于传输控制信号，协调各部件之间的工作，如 CPU 对内存和 I/O 设备的读 / 写控制信号、中断请求和响应信号等（3 分）。

2. 总线的功能：总线是计算机系统中连接各个部件的公共通信线路，实现了各部件之间的数据传输、地址传递和控制信号传输，使计算机各部件能够协同工作，完成各种任务，如 CPU 通过总线从内存读取指令和数据，向 I/O 设备发送控制命令等（3 分）。

3. 总线的性能指标：

◦ 带宽：指单位时间内总线上可传输的数据量，通常用 MB/s 或 GB/s 表示，带宽越高，数据传输速度越快，如 USB 3.0 总线带宽可达 5Gbps （2 分）。

◦ 位宽：数据总线的位数，位宽越大，一次能传输的数据量越多，如 64 位数据总线比 32 位数据总线一次能传输更多数据（2 分）。

◦ 工作频率：总线的时钟频率，工作频率越高，总线传输数据的速度越快，例如某些高速总线工作频率可达数 GHz （2 分）。

4. 优化总线性能的方法：

◦ 提高总线带宽：通过提高总线的工作频率或增加数据总线位宽来实现，如从 32 位数据总线升级到 64 位，或提高总线时钟频率（1 分）。

◦ 采用总线复用技术：同一组线在不同时间传输不同信号，如地址总线和数据总线复用，减少总线数量，提高总线利用率（1 分）。

◦ 优化总线仲裁机制：合理分配总线使用权，减少总线冲突，提高总线效率，如采用优先级仲裁、分布式仲裁等方式（1 分）。

◦ 使用高速总线标准：采用更先进的高速总线标准，如 PCI - Express 等，其具有更高的数据传输速率和更好的性能（1 分）。