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2025年《计算机体系结构》真题解析

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题

1.下列哪种存储器访问速度最快？

A.硬盘驱动器

B.主存储器(RAM)

C.高速缓存(Cache)

D.固态硬盘(SSD)

2.在RISC指令集架构中，通常强调的是？

A.指令数量多，功能复杂

B.指令格式灵活，支持复杂操作

C.指令种类少，格式规整，执行时间短

D.支持硬件中断，响应速度快

3.计算机中采用补码表示法的主要原因是？

A.符号位可以参与运算

B.可以简化加减运算的逻辑电路设计

C.可以同时表示正负零

D.容易进行逻辑判断

4.指令流水线中的“数据冒险”是指？

A.下一条指令的地址无法确定

B.指令需要等待前面指令的结果或资源

C.控制信号发生冲突

D.流水线寄存器发生故障

5.假设某计算机主存访问时间为100纳秒，Cache访问时间为10纳秒，Cache命中率为90%。若一次内存访问未命中，则平均访问时间约为？

A.10纳秒

B.100纳秒

C.19纳秒

D.110纳秒

6.Cache采用LRU（最近最少使用）替换算法，当Cache块数量为4时，某序列的访问地址为(3,1,4,1,5,9,2,6)。在访问完这8个地址后，Cache中仍然驻留的地址（按访问顺序给出）最可能是？

A.3,1,4,5

B.1,4,5,9

C.4,5,9,2

D.5,9,2,6

7.指令流水线一个时钟周期可以完成一条指令的哪个阶段？

A.从内存取指令

B.指令译码并发出控制信号

C.执行运算或访问内存

D.以上所有阶段

8.在指令流水线中，解决结构冒险的主要方法是？

A.插入气泡(Stall)

B.指令转发(Bypass)

C.硬件断流(Fetch-and-DecodeBypass)

D.重排序缓冲区(ROB)

9.假设有两个处理器P1和P2，单时钟周期执行一条指令。P1的时钟频率为2GHz，P2的时钟频率为3GHz。如果P1的CPI（每条指令执行周期数）为1.5，P2的CPI为1.2，那么哪个处理器的实际指令吞吐率更高？

A.P1

B.P2

C.两者相同

D.无法确定

10.并行处理的目标主要是？

A.降低单指令执行时间

B.提高系统吞吐量或减少计算任务的完成时间

C.减少CPU功耗

D.增加指令集的复杂性

二、填空题

1.计算机体系结构通常分为两个层次：_________和_________。

2.Cache与主存之间的地址映射方式主要有直接映射、全相联映射和_________三种。

3.流水线执行过程中，由于后一条指令需要使用前一条指令的输出结果而导致的冲突称为_________冒险。

4.指令流水线中的流水线寄存器用于保存当前正在执行阶段指令的______和中间结果。

5.衡量计算机性能的两个主要指标是_________和_________。

6.I/O设备通过_________与CPU和主存进行数据交换。

7.虚拟存储器是为了解决主存容量不足的问题而引入的技术，它利用了_________的容量作为主存的扩充。

8.在冯·诺依曼体系结构中，指令和数据都存放在______中，并通过______进行访问。

9.RISC指令集通常具有_________的特点。

10.MIMD计算机系统中，多个处理单元可以并行执行不同的_________。

三、简答题

1.简述指令流水线的基本工作原理。

2.解释什么是Cache的“写命中”和“写未命中”，并简述常见的写策略（写直通、写回、写分配）。

3.什么是并行处理？简述Flynn分类法的基本思想。

4.简述中断处理过程的主要步骤。

四、计算题

1.某计算机的Cache采用4路组相联映射，共有128个块，每个块大小为128字。主存共有4MB，字长为4字节。假设Cache初始化为全空，当访问主存地址`H(FF20H)`时：

(1)计算该地址对应的Cache组号、块内字号和主存块号（用十六进制表示）。

(2)如果该