2025年计算机系统原理课程期末考试试题及答案.docxVIP

2025年计算机系统原理课程期末考试试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.冯·诺依曼结构计算机的核心特征是（）

A.程序和数据独立存储

B.存储程序并按地址顺序执行

C.采用并行计算单元

D.支持直接内存访问（DMA）

2.某处理器执行10^6条指令，总时钟周期数为1.5×10^6，则其CPI（每条指令时钟周期数）为（）

A.1.0

B.1.5

C.2.0

D.2.5

3.TLB（转换旁路缓冲器）的主要作用是（）

A.加速虚拟地址到物理地址的转换

B.提高Cache命中率

C.减少主存访问延迟

D.优化指令流水线效率

4.某Cache采用4路组相联映射，块大小为64B，总容量为256KB。若主存地址为36位，则组号字段的位数为（）

A.8

B.10

C.12

D.14

5.以下关于DRAM刷新的描述，正确的是（）

A.刷新操作需CPU主动触发

B.按行刷新，每次刷新一行

C.刷新过程中不影响正常访问

D.刷新周期与存储容量无关

6.超标量处理器的关键技术是（）

A.增加流水线级数

B.同时发射多条指令

C.动态分支预测

D.寄存器重命名

7.虚拟地址空间大小由（）决定

A.主存容量

B.页表大小

C.地址总线宽度

D.操作系统配置

8.RISC-V指令集的典型特征是（）

A.复杂指令类型

B.变长指令编码

C.仅LOAD/STORE指令访问内存

D.大量专用寄存器

9.总线仲裁中，独立请求方式的优点是（）

A.仲裁速度快

B.硬件复杂度低

C.优先级固定

D.支持分布式控制

10.MESI协议中，“S”状态表示（）

A.数据已修改且仅本地有效

B.数据未修改且多个缓存共享

C.数据未修改且仅本地有效

D.数据无效

二、填空题（每空1分，共10分）

1.指令周期通常包括取指、译码、（）、（）和写回阶段。

2.主存与Cache的映射方式包括全相联、（）和（）。

3.虚拟内存管理中，页表项通常包含有效位、（）和（）。

4.总线传输周期包括（）、（）、数据传输和结束阶段。

5.动态流水线调度技术主要通过（）和（）实现指令重排。

三、简答题（每题6分，共30分）

1.比较哈佛结构与冯·诺依曼结构的差异，并说明各自适用场景。

2.简述Cache写通（Write-Through）和写回（Write-Back）策略的区别及适用场景。

3.解释TLB缺失时的处理流程（假设页表已在主存中）。

4.说明超标量处理器与超流水线处理器在提高性能上的不同思路。

5.分析DRAM与SRAM在存储原理、速度、密度上的主要差异。

四、分析题（每题10分，共30分）

1.某处理器指令集包含算术、LOAD、分支三类指令，占比分别为70%、20%、10%，对应CPI为1、3、4。

（1）计算平均CPI；

（2）若通过优化使LOAD指令CPI降至2，其他不变，新的平均CPI是多少？

2.某计算机主存地址32位，Cache采用8路组相联，块大小128B，总容量512KB。

（1）计算主存地址中组号、块内偏移、标记字段的位数；

（2）若Cache命中率为95%，主存访问时间为100ns，Cache访问时间为10ns，计算平均访问时间。

3.某系统采用4级页表的虚拟内存管理，虚拟地址48位，页大小4KB，每页表项8字节。

（1）计算每级页表对应的虚拟地址位数；

（2）说明为何4级页表可避免页表占用过多连续内存空间。

五、设计题（10分）

设计一个支持三级Cache（L1、L2、L3）的存储系统，要求：

（1）给出L1、L2、L3的容量、相联度、块大小等关键参数；

（2）说明各层Cache的设计目标及参数选择依据；

（3）分析如何通过一致性协议（如MESI）保证多级Cache间的数据一致性。

答案

一、单项选择题

1.B2.B3.A4.B5.B6.B7.C8.C9.A10.B

二、填空题

1.执行、访存；2.直接映射、组相联映射；3.修改位（脏位）、物理页号；4.申请总线、仲裁；5.保留站、重排序缓冲。

三、简答题

1.差异：哈佛结构程序和数据存储在独立的存储器中，拥有独立的总线；冯·诺依曼结构程序和数据共享同一存储器及总线。适用场景：哈