2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷十一-参考答案

chinasll

2023 版 13015《计算机系统原理》模拟试卷十一-参考答案一、单项选择题（每题 2 分，共 30 分）

1. 计算机硬件系统中，能直接与 CPU 进行数据交互的是（  ）

A. 硬盘  B. 内存  C. 光盘  D. U 盘

答案：B。内存直接与 CPU 相连，CPU 可直接对内存进行读写操作，实现数据交互。而硬盘、光盘、U 盘等外部存储设备需先将数据调入内存，才能与 CPU 进行数据交互。

2. 十进制数 23 转换为二进制数是（  ）

A. 10111  B. 11011  C. 11101  D. 10101

答案：A。使用除 2 取余法，23 除以 2 依次取余数，逆向排列得到 10111。

3. 计算机系统中，用于暂存操作数的寄存器是（  ）

A. 程序计数器（PC）  B. 指令寄存器（IR）  C. 数据寄存器（DR）  D. 状态寄存器（PSW）

答案：C。数据寄存器（DR）用于暂存从内存或其他部件读取的操作数，为运算器的运算提供数据。程序计数器（PC）存放即将执行的下一条指令的地址；指令寄存器（IR）存放当前正在执行的指令；状态寄存器（PSW）保存运算结果的状态信息。

4. 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 的访问速度就会线性提升

B. Cache 是一种位于内存和外存之间的高速缓冲存储器

C. Cache 的命中率与程序的访问模式密切相关

D. Cache 中存放的是外存中所有数据的副本

答案：C。Cache 的命中率与程序的访问模式紧密相关，程序访问具有局部性时，Cache 命中率较高。Cache 容量增大，CPU 访问速度不会线性提升；Cache 位于 CPU 和内存之间；Cache 中存放的是内存中部分常用数据的副本，并非外存数据副本。

5. 计算机系统中，数据传输控制方式中，CPU 干预最少的是（  ）

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

答案：D。通道方式具有独立的 I/O 处理器，能独立管理 I/O 操作，成组地进行数据传输，CPU 干预最少。程序查询方式 CPU 需不断查询 I/O 设备状态，干预最多；中断方式 CPU 需响应中断请求并处理；DMA 方式虽能直接访问内存，但仍需 CPU 进行一些初始化和控制操作。

6. 以下哪种进程调度算法是基于时间片轮转，并引入了优先级概念（  ）

A. 简单时间片轮转调度算法  B. 多级反馈队列调度算法

C. 短作业优先调度算法  D. 先来先服务调度算法

答案：B。多级反馈队列调度算法将就绪队列分为多个优先级队列，每个队列采用不同的时间片，新进程进入最高优先级队列，按时间片轮转调度，若在一个时间片内未完成则进入下一级队列，引入了优先级概念，又结合了时间片轮转。简单时间片轮转调度算法没有优先级概念；短作业优先调度算法按作业预计运行时间调度；先来先服务调度算法按进程到达顺序调度。

7. 计算机系统中，中断向量表的作用是（  ）

A. 存放中断请求信号  B. 存放中断服务程序的入口地址

C. 存放中断屏蔽字  D. 存放中断优先级

答案：B。中断向量表中存储着各个中断源对应的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相应的中断服务程序入口，从而转去执行中断服务程序。

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

A. 直接寻址  B. 寄存器寻址  C. 间接寻址  D. 立即寻址

答案：C。间接寻址中，指令中的地址码给出的是操作数地址的地址，CPU 需要先根据这个地址找到真正的操作数地址，再从内存中读取操作数。直接寻址是操作数地址直接在指令中；寄存器寻址是操作数存放在寄存器；立即寻址是操作数直接作为指令的一部分。

9. 以下关于计算机系统中流水线技术的说法，错误的是（  ）

A. 流水线技术可以提高指令执行的效率

B. 流水线技术会增加硬件的复杂性

C. 流水线技术中，各阶段的执行时间应尽量相等

D. 流水线技术可以完全消除数据冲突

答案：D。流水线技术通过将指令执行过程划分为多个阶段并行执行，提高了指令执行效率，但会增加硬件复杂性，并且各阶段执行时间应尽量相等，以提高流水线的效率。然而，流水线技术不能完全消除数据冲突，只能通过一些技术手段（如数据旁路、暂停流水线等）来减少数据冲突对流水线性能的影响。

10. 计算机系统中，操作系统的文件管理功能不包括（  ）

A. 文件的安全性管理  B. 文件的目录管理  C. 文件的编译  D. 文件的存储空间管理

答案：C。文件的编译是将高级语言源程序转换为目标程序的过程，属于编译器的功能，不属于操作系统文件管理功能。操作系统的文件管理负责文件的安全性管理，如设置文件访问权限；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。

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. 海明码能检测出一位错误并纠正多位错误

C. CRC 码的生成多项式是固定的，不可改变

D. 校验码通过增加冗余位来提高数据传输的可靠性

答案：D。校验码的原理是通过增加冗余位，在数据传输或存储过程中，利用冗余位进行错误检测和纠正，从而提高数据传输的可靠性。奇偶校验码只能检测奇数个错误，无法纠正错误；海明码可以检测并纠正一位错误；CRC 码的生成多项式不是固定的，可根据不同的应用需求选择不同的生成多项式。

12. 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（  ）

A. 数据总线  B. 地址总线  C. 控制总线  D. I/O 接口

答案：D。I/O 接口是计算机与多个外部设备连接的桥梁，它可以实现设备选择，即通过地址选择不同的外部设备；还能实现数据传输，协调 CPU 与外部设备之间的数据交换。数据总线传输数据，地址总线传输地址，控制总线传输控制信号。

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有助于提高存储系统的性价比

B. 高速缓存（Cache）的命中率越高，计算机的整体性能越好

C. 虚拟存储器的实际容量等于物理内存容量

D. 主存是计算机系统中 CPU 直接访问的存储部件之一

答案：C。虚拟存储器的实际容量受计算机的地址结构和外存容量限制，并非等于物理内存容量。存储体系的层次结构从寄存器、Cache、主存到外存，在存储容量、速度和成本之间取得平衡，提高了性价比；Cache 命中率高，可减少 CPU 访问主存的次数，提升计算机整体性能；主存直接与 CPU 相连，是 CPU 直接访问的存储部件之一。

14. 计算机系统中，用于衡量计算机性能的指标不包括（  ）

A. 吞吐量  B. 响应时间  C. 内存带宽  D. 显示器尺寸

答案：D。吞吐量指单位时间内系统处理的任务量；响应时间是从用户发出请求到系统给出响应的时间；内存带宽表示内存与其他部件之间的数据传输速率，它们都是衡量计算机性能的重要指标。而显示器尺寸与计算机的性能并无直接关联。

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 5B 转换为十进制数是______。

答案：91。计算方法为 5×16 + 11 = 91（十六进制中 B 代表 11）。

2. 计算机系统中，用于存放当前指令的寄存器是______。

答案：指令寄存器（IR）

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，______的速度更快。

答案：SRAM

4. 计算机系统中，将汇编语言源程序转换为机器语言目标程序的过程称为______。

答案：汇编

5. 进程调度算法中，______算法是优先调度响应比最高的进程。

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，常采用______技术将内存和外存结合使用。

答案：虚拟存储

9. 计算机系统中，数据传输的控制方式有程序查询方式、______、DMA 方式和通道方式。

答案：中断方式

10. 计算机系统中，用于连接 CPU、内存和各种 I/O 设备，实现数据、地址和控制信号传输的公共线路称为______。

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，数据从内存或寄存器读取到数据寄存器（2 分）。ALU 根据指令的操作码对操作数进行算术运算（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），同时状态寄存器记录运算结果的状态信息，如是否溢出、是否为零、符号位等，这些状态信息可用于后续指令的判断和执行控制（2 分）。

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 方式和通道方式的特点。

参考答案：

• DMA 方式：

◦ 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 频繁干预（3 分）。减轻 CPU 负担，在数据传输过程中，CPU 可执行其他任务，提高 CPU 利用率（2 分）。需要专门的硬件支持，如 DMA 控制器（1 分）。

• 通道方式：

◦ 特点：具有独立的 I/O 处理器，能独立管理 I/O 操作，数据传输效率更高（3 分）。CPU 干预最少，可实现 CPU 与 I/O 设备的高度并行工作（1 分）。硬件成本较高，需要更复杂的硬件支持（1 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升计算机整体性能。

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 64 位数据总线一次能传输 64 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（4 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 PCI - Express 3.0 x16 总线带宽可达 16GB/s （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 128 位数据总线比 64 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，如升级到更高版本的总线标准，提高其工作频率；或者增加数据总线的位数（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，如采用分布式仲裁方式，避免总线资源的竞争（1 分）。

◦ 使用高速缓存技术：在总线上增加高速缓存，减少 CPU 与内存之间的数据传输次数，提高数据访问速度（1 分）。