计算机体系结构:从逻辑到机器习题及答案解析_高级系统开发

一、选择题

1. 计算机体系结构是从逻辑到机器吗?

A. 是
B. 否
C. 是,但需要区分不同层次
D. 否,应该是从机器到逻辑

2. 计算机体系结构中,什么是基本单元?

A. 处理器
B. 存储器
C. 输入/输出设备
D. 所有以上

3. 在计算机体系结构中,控制器的主要功能是什么?

A. 执行程序指令
B. 管理内存访问
C. 控制输入/输出操作
D. 处理数据通信

4. 什么是指令集体系结构?它有哪些类型?

A. 指令集体系结构是一种计算机设计方法
B. 它包括指令集与机器码两部分
C. 指令集体系结构包括单周期指令集计算机(FIFO)、多周期指令集计算机(MIPS)等
D. A和C

5. 什么是存储器层次结构?为什么它的设计 important?

A. 存储器层次结构是计算机系统中的一种组织存储器的方式
B. 为了提高存储器的访问速度
C. 为了降低存储器系统的成本
D. 为了提高计算器的性能

6. 什么是主存储器(Main Memory)?它是如何被访问的?

A. 主存储器是计算机系统中的一部分,用于存储经常使用的数据和程序
B. 主存储器是直接连接到控制器的高速度存储器
C. 主存储器可以通过控制器进行读取和写入操作
D. 主存储器只用于存储程序代码

7. 什么是辅助存储器(Secondary Memory)?有什么作用?

A. 辅助存储器是计算机系统中的一种存储器,用于存储非经常使用的数据和程序
B. 辅助存储器是用于存储计算机系统中产生的数据的长期存储设备
C. 辅助存储器可以提高计算机系统的可靠性和稳定性
D. 辅助存储器只用于存储数据备份

8. 什么是总线(Bus)?总线的作用是什么?

A. 总线是连接计算机各个部件的电路
B. 总线负责在计算机各部件之间传输数据和地址信息
C. 总线的作用是将外部设备和内部组件连接起来
D. 总线负责控制计算机各部件的操作

9. 如何实现处理器流水线操作?

A. 通过将一个指令分成多个阶段来处理
B. 将整个指令分为多个部分同时执行
C. 利用缓存来保存中间结果
D. 以上都是

10. 什么是指令级的流水线设计?它的目的是什么?

A. 指令级的流水线设计是一种优化处理器的方法
B. 它的目的是减少处理器空闲时间,提高指令执行效率
C. 它的目的是提高处理器的时钟频率
D. 以上都是

11. 计算机组成部件中,运算器的功能主要包括_____、_____和_____。

A. 算术运算,逻辑运算,控制指令生成
B. 算术运算,逻辑运算,数据表示
C. 逻辑运算,算术运算,控制指令生成
D. 数据表示,逻辑运算,控制指令生成

12. 在计算机组成部件中,控制器的主要作用是_____和_____。

A. 解析指令,产生控制信号
B. 控制内存访问,管理进程
C. 处理输入输出,执行程序
D. 控制处理器的工作,管理硬件资源

13. 在计算机组成部件中,寄存器的作用主要不包括_____。

A. 存储数据
B. 计算数值
C. 控制指令执行
D. 管理硬件资源

14. 高速缓存(Cache)的主要作用是提高__和__的性能。

A. CPU与主存储器之间的通信,I/O设备的访问
B. 主存储器与I/O设备的通信,CPU的运算能力
C. CPU内部的运算,主存储器的读写速度
D. I/O设备的读写速度,主存储器的访问速度

15. 在计算机组成部件中,总线的作用包括_____、_____和_____。

A. 传输数据,连接各个部件
B. 传输指令,控制硬件操作
C. 传输地址,寻址内存
D. 传输时钟,同步模块工作

16. 某处理器采用了KB L Cache和KB L Cache,其最大缓存容量是_____。

A. 768KB
B. 1MB
C. 2MB
D. 5MB

17. 运算器中的算术逻辑单元(ALU)主要负责进行_____操作。

A. 算术运算
B. 逻辑运算
C. 移位操作
D. 数据表示

18. 控制器中的条件码标志主要用于表示_____状态。

A. 指令执行完成
B. 异常发生
C. 当前指令的执行结果
D. 外部设备请求

19. 某处理器中,若数据总线宽度为位,则其运算器中的通用寄存器数量是_____。

A. 4个
B. 8个
C. 16个
D. 32个

20. 在计算机组成部件中,I/O系统的功能主要包括_____和_____。

A. 数据输入/输出,设备控制
B. 指令输入/输出,设备控制
C. 数据存储/ retrieval,设备控制
D. 指令存储/ retrieval,数据输入/输出

21. 在总线系统中,下列哪个部件的作用是接收并转发来自外部设备的信号?

A. 控制器
B. 总线
C. 输入设备
D. 输出设备

22. 在总线系统中,下列哪个部件的作用是负责处理和控制数据传输?

A. 总线
B. 中央处理器
C. 输入设备
D. 输出设备

23. I/O设备与计算机内部的信息交换是通过什么方式进行的?

A. 直接交换
B. 通过总线交换
C. 通过中央处理器交换
D. 通过寄存器交换

24. 下列哪种总线速度最高?

A. 中断频率
B. 时钟频率
C. 数据宽度
D. 总线宽度

25. 下列哪个部件不属于I/O系统?

A. 硬盘
B. 键盘
C. 显示器
D. 打印机

26. 在I/O操作中,下列哪种操作是输出操作?

A. 从键盘读取数据
B. 从硬盘读取数据
C. 将数据写入显示器
D. 将数据写入硬盘

27. 当CPU从内存中读取数据时,若内存中的数据未命中,则会产生什么现象?

A. 程序运行异常
B. 需要重新启动程序
C. 需要等待数据到来
D. 需要关闭程序

28. 在总线上,下列哪个部件主要负责数据的发送?

A. 总线
B. 中央处理器
C. 输入设备
D. 输出设备

29. 在I/O系统中,下列哪个部件的速度取决于外部设备?

A. 中央处理器
B. 总线
C. I/O设备
D. 存储器

30. 在计算机体系结构中,下列哪个部分的主要任务是实现数据的输入和输出?

A. 控制器
B. 总线
C. 中央处理器
D. 存储器

31. 计算机体系结构中的存储器分为几种?

A. 只读存储器与随机访问存储器
B. 虚拟存储器与物理存储器
C. 主存储器与辅助存储器
D. 直接映射存储器与间接映射存储器

32. 下列哪种类型的存储器是只读的?

A. 随机访问存储器
B. 主存储器
C. 辅助存储器
D. 直接映射存储器

33. 什么是虚拟存储器?

A. 一种将磁盘空间映射到内存空间的机制
B. 一种将主存储器转换为辅助存储器的技术
C. 一种提高内存利用率的策略
D. 一种处理外部存储器请求的硬件电路

34. 物理存储器是什么?

A. 计算机中所有可访问的存储空间
B. 内存中存储的数据的原始 copies
C. 硬盘上用于存储数据的磁盘片
D. 直接映射到内存中的存储器

35. 在存储器层次结构中,主存储器位于哪个层次?

A. 最高层
B. 中间层
C. 最低层
D. 无法确定

36. 下列哪种存储器访问速度最快?

A. 直接映射存储器
B. 间接映射存储器
C. 虚拟存储器
D. 物理存储器

37. 下列哪种存储器是高速缓存?

A. 直接映射存储器
B. 间接映射存储器
C. 虚拟存储器
D. 主存储器

38. 什么是I/O设备?

A. 输入输出操作的硬件设备
B. 用于存储数据的硬件设备
C. 用于处理数据的硬件设备
D. 用于控制计算机运行的硬件设备

39. 存储器缺勤率是多少?

A. 表示存储器不能正常工作的时间比例
B. 表示存储器忙于处理其他任务的时间比例
C. 表示存储器空闲的时间比例
D. 无法确定

40. 下列哪种存储器可以通过简单的主存储器读取?

A. 直接映射存储器
B. 间接映射存储器
C. 虚拟存储器
D. 物理存储器

41. 在中央处理器设计中,指令的执行结果被称为:

A. 运行时状态
B. 指令结果
C. 运算结果
D. 控制结果

42. 中央处理器中的寄存器分为:

A. 通用寄存器和特殊寄存器
B. 只读寄存器和随机访问寄存器
C. 立即寄存器和程序计数器
D. 输入输出寄存器和地址寄存器

43. CU(控制单元)的主要功能包括:

A. 取指和译码
B. 执行指令
C. 访存和回写
D. 处理中断

44. 为了提高指令的执行效率,中央处理器采用了一种技术,这种技术称为:

A. 分支预测
B. 缓存一致性协议
C. 指令重排序
D. 延迟加载

45. 下列哪个部分不属于CPU内部的五大部件?

A. 运算器
B. 控制器
C. 总线
D. 输入输出设备

46. 在流水线设计中,下一个指令的来源可能是:

A. 当前指令的执行结果
B. 上一条指令的执行结果
C. 内存中的数据
D. 立即数

47. 在总线系统中,总线的宽度是:

A. 8位
B. 16位
C. 32位
D. 64位

48. 为了提高存储器的访问速度,可以使用以下哪种技术?

A. 增加存储器容量
B. 增加缓存容量
C. 使用更高频率的存储器
D. 将缓存分成多个等级

49. 在处理器中,用于存储指令的一种寄存器是:

A. 程序计数器
B. 数据寄存器
C. 指令寄存器
D. 通用寄存器

50. 在流水线设计中,为了防止流水线中的 instruction 的执行被阻塞,需要有以下措施:

A. 使用浮动 point
B. 增加缓存容量
C. 增加指令宽度
D. 增加总线宽度

51. 在计算机体系结构中,指令集体系结构是什么?

A. 存储器层次结构
B. CPU内部的电路设计
C. 中央处理器与外部设备的接口
D. 主存储器与辅助存储器之间的组织方式

52. 运算器的主要功能是什么?

A. 将源操作数转换为数字表示形式
B. 将目标操作数转换为数字表示形式
C. 从主存储器中读取数据
D. 将数据写入辅助存储器

53. 控制器在CPU中的作用是什么?

A. 负责管理CPU内部各个部件的工作
B. 控制数据在CPU内部各部件之间的传递
C. 决定哪些指令需要执行
D. 负责处理中断请求

54. 寄存器的作用是什么?

A. 用于保存经常使用的数据和指令
B. 用于保存临时数据和中间结果
C. 用于控制CPU内部各个部件的工作
D. 用于管理外部设备

55. 高速缓存(Cache)的主要作用是什么?

A. 提高CPU访问主存储器的速度
B. 提高CPU执行指令的速度
C. 提高I/O设备的访问速度
D. 提高CPU与其他设备之间的通信速度

56. 为什么指令级的流水线设计能够提高处理器性能?

A. 减少CPU的时钟周期数量
B. 增加CPU每条指令的执行次数
C. 减少寄存器的读写操作
D. 降低CPU内部的 cache 失效概率

57. 什么是向量处理器?它的主要特点是什么?

A. 专门用于处理向量数据的处理器
B. 支持多指令同时执行
C. 提高处理大数据量的能力
D. 提高处理小数据量的能力

58. 什么是并行处理器?它的主要作用是什么?

A. 提高CPU处理多任务的能力
B. 提高CPU处理单任务的能力
C. 提高I/O设备的访问速度
D. 提高CPU与其他设备之间的通信速度

59. 如何实现CPU内部的指令级流水线设计?

A. 通过控制器的调度来实现
B. 通过寄存器的读写操作来实现
C. 通过高速缓存的命中率调整来实现
D. 通过CPU内部的时钟周期控制来实现

60. 在实现处理器时,为什么要考虑分支预测?

A. 为了减少分支指令的延迟
B. 为了减少分支跳转的次数
C. 为了提高指令的执行速度
D. 为了提高CPU的功耗

61. 计算机体系结构中的主要组成部分包括运算器、控制器、寄存器和高速缓存。

A. 运算器
B. 控制器
C. 高速缓存
D. 总线

62. 在计算机体系结构中,主存储器分为虚拟存储器和物理存储器两部分。

A. 虚拟存储器
B. 物理存储器
C. 高速缓存
D. 运算器

63. 为了提高CPU的性能,通常采用多级流水线设计,其中包括取指、译码、执行、访存和回写等阶段。

A. 取指
B. 译码
C. 执行
D. 回写

64. 为了提高I/O系统的效率,通常采用缓冲区机制,将I/O设备和主机之间的数据传输过程中的中间结果暂时保存在一个内存区域。

A. 缓冲区
B. 设备驱动程序
C. 主機
D. 緩衝區

65. 高速缓存的命中率是指在一定时间内,成功从高速缓存中找到所需数据的次数占总请求次数的比例。

A. 命中率
B. 响应时间
C. 数据一致性
D. 带宽

66. 一个常用的处理器设计方法是面向指令级流水线设计,其优点是可以降低硬件的复杂度。

A. 面向指令级流水线设计
B. 面向数据级流水线设计
C. 面向时钟周期流水线设计
D. 面向缓存级流水线设计

67. 向量处理器是一种特殊的处理器,它可以同时处理多个数据元素,从而提高处理大数据量的能力。

A. 向量处理器
B. 标量处理器
C. 并行处理器
D. 单核处理器

68. 现代处理器中,缓存的一致性模型主要有三种,分别是写时复制(WCR)、全存储器访问(FMA)和直接映射(DM)。

A. 写时复制(WCR)
B. 全存储器访问(FMA)
C. 直接映射(DM)
D. 缓存一致性

69. 为了降低系统功耗,可以使用低电压处理器和节能技术,如动态电压调节(DVR)和静态电压regulation(SVR)。

A. 动态电压调节(DVR)
B. 静态电压调节(SVR)
C. 核心频率
D. 处理器的时钟频率

70. 计算机中的总线包括数据总线、地址总线和控制总线,它们的作用分别是传输数据、表示存储器的地址和控制计算机的操作。

A. 数据总线
B. 地址总线
C. 控制总线
D. 时钟总线
二、问答题

1. 什么是计算机体系结构?


2. 为什么需要存储器?


3. 什么是指令集体系结构?


4. 什么是中央处理器(CPU)?


5. 什么是浮点运算?


6. 什么是缓存?


7. 什么是总线?


8. 什么是I/O设备?


9. 什么是内存模型?


10. 什么是虚拟内存?




参考答案

选择题:

1. A 2. D 3. B 4. D 5. B 6. A 7. A 8. B 9. D 10. D
11. A 12. A 13. B 14. C 15. A 16. A 17. A 18. B 19. B 20. A
21. B 22. A 23. B 24. B 25. D 26. C 27. C 28. D 29. C 30. A
31. A 32. A 33. A 34. C 35. B 36. D 37. D 38. A 39. A 40. A
41. A 42. C 43. A 44. A 45. D 46. B 47. A 48. C 49. A 50. B
51. B 52. A 53. B 54. B 55. B 56. B 57. A 58. A 59. D 60. A
61. B 62. A 63. C 64. D 65. A 66. A 67. A 68. D 69. B 70. C

问答题:

1. 什么是计算机体系结构?

计算机体系结构是指计算机系统的逻辑组成部分,包括处理器、存储器、输入/输出设备等。它定义了计算机系统如何运行以及如何执行程序。
思路 :首先解释什么是计算机体系结构,然后阐述它的主要组成部分。

2. 为什么需要存储器?

存储器用于存储程序代码、数据和中间结果。它们使计算机能够读取和写入信息,从而完成各种操作。
思路 :存储器的作用,可以联系到计算机无法直接处理数据,需要通过存储器来存储和访问数据。

3. 什么是指令集体系结构?

指令集体系结构是指计算机处理器支持的指令集合以及这些指令的操作类型。它定义了处理器能执行的所有操作以及操作的顺序。
思路 :首先解释指令集体系结构的概念,然后介绍它的重要性以及与计算机性能的关系。

4. 什么是中央处理器(CPU)?

中央处理器(CPU)是计算机系统的核心部件,负责执行程序指令、控制数据流动以及与其他组件通信。
思路 :CPU在计算机系统中的地位和功能,可以从其承担的主要职责来回答这个问题。

5. 什么是浮点运算?

浮点运算是指对实数进行近似计算的过程,通常采用有理数表示法进行。它在很多需要处理大量数值的场景中具有重要意义。
思路 :浮点运算的定义以及它在实际应用中的重要性,例如科学计算和图形处理等领域。

6. 什么是缓存?

缓存是一种高速临时存储区,用于存储最近访问的数据或指令。它可以减少 CPU 与主存储器之间的访问延迟,提高计算机性能。
思路 :缓存的定义以及其在计算机系统中发挥的作用,可以从缓存的速度、容量以及替换策略等方面来解释。

7. 什么是总线?

总线是连接计算机各个组件(如处理器、存储器、输入/输出设备等)的通信通道,负责传输数据和控制信号。
思路 :总线的定义以及它在计算机系统中的作用,可以从总线宽度、速度和总线协议等方面来回答。

8. 什么是I/O设备?

I/O设备是指计算机系统与外部设备进行数据交换的设备,如键盘、鼠标、显示器等。它们通过总线与计算机系统进行通信。
思路 :I/O设备的定义以及其在计算机系统中的作用,可以从输入输出速度、设备类型以及与总线的交互方式等方面来解释。

9. 什么是内存模型?

内存模型是指计算机系统中存储器层次结构的描述,包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器等。它定义了如何在计算机内部组织和管理存储空间。
思路 :内存模型的概念以及它在计算机体系结构中的重要性,可以从内存层次结构、存储器映射以及地址转换等方面来阐述。

10. 什么是虚拟内存?

虚拟内存是一种内存管理技术,允许进程访问比物理内存更大的地址空间。它通过将部分数据暂时转移到磁盘等辅助存储器中来实现。
思路 :虚拟内存的定义以及其在计算机系统中的应用,可以从内存管理、地址转换以及性能影响等方面来回答。

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