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2025年文理学院计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）

1.计算机系统层次结构模型中，位于最底层的是？

(A)操作系统

(B)微程序

(C)指令集

(D)硬件

2.下列哪一项不是RISC指令集的特点？

(A)指令格式规整

(B)指令执行时间固定

(C)指令数量多且复杂

(D)寻址方式少

3.在存储器层次结构中，Cache的主要目的是？

(A)提高主存的容量

(B)提高主存的存取速度

(C)提高辅存的存取速度

(D)实现数据的远程传输

4.采用直接映射方式时，主存地址中的高位部分用于？

(A)标识Cache行

(B)标识主存块

(C)标识Cache块

(D)标识寄存器

5.流水线技术的主要目的是？

(A)提高CPU主频

(B)增加CPU字长

(C)提高指令执行效率

(D)增加CPU核心数

6.下列哪种流水线冲突发生在同一指令流内部？

(A)结构冲突

(B)数据冲突

(C)控制冲突

(D)时序冲突

7.计算机总线按传输信息分类，不包括？

(A)数据总线

(B)地址总线

(C)控制总线

(D)系统总线

8.I/O设备与主机进行数据交换通常采用的方式是？

(A)直接内存访问（DMA）

(B)中断

(C)程序查询

(D)以上都是

9.虚拟存储器的基本原理是？

(A)将辅存扩展为主存

(B)将主存扩展为辅存

(C)用软件模拟硬件

(D)采用更小的存储单元

10.衡量计算机性能的最常用指标是？

(A)价格

(B)体积

(C)吞吐量

(D)功耗

二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）

1.计算机系统性能的常用指标有______、______和______。

2.指令集架构（ISA）是计算机系统的______与硬件之间的接口。

3.Cache与主存之间常采用______映像方式、______映像方式和______映像方式。

4.流水线执行指令时，需要解决的主要冲突有______冲突、______冲突和______冲突。

5.总线宽度是指总线上的______线数，它直接决定了数据传输的______。

6.I/O控制方式主要有程序查询方式、______、______和通道方式。

7.虚拟存储器需要硬件和______共同支持。

三、简答题（每题5分，共20分）

1.简述RISC和CISC指令集设计的主要区别。

2.解释什么是Cache的“命中”和“失效”，并说明发生Cache失效时通常需要执行什么操作。

3.什么是流水线？简述流水线执行指令的基本过程。

4.简述中断处理过程的主要步骤。

四、计算题（每题10分，共20分）

1.某计算机主存容量为256MB，采用直接映射方式访问8KB的Cache。求：主存地址应分为几部分？Cache地址应分为几部分？

2.某指令流水线分为四个阶段：IF（取指）、ID（译码）、EX（执行）、WB（写回），每个阶段耗时1个时钟周期。假设指令之间没有数据冒险和控制冒险，计算执行10条指令需要多少个时钟周期？

五、综合应用题（共25分）

设计一个简单的单级流水线CPU，包含取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）三个阶段。每阶段耗时1个时钟周期。假设指令之间不存在结构冲突、数据冲突和控制冲突。

1.计算执行以下指令序列需要多少个时钟周期？（假设每条指令都需要经过IF、ID、EX三个阶段）

```assembly

LOADR1,100(R2)

ADDR3,R1,R4

STORER3,200(R5)

```

2.如果增加一个写回（WB）阶段，使得每条指令都需要经过IF、ID、EX、WB四个阶段，重新计算执行上述指令序列需要多少个时钟周期？

3.简要说明流水线技术如何提高CPU的吞吐率。

试卷答案

一、选择题

1.(D)

2.(C)

3.(B)

4.(B)

5.(C)

6.(B)

7.(D)

8.(D)

9.(A)

10.(C)

解析：

1.计算机系统层次结构从上到下依