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软件资格考试计算机硬件工程师重点难点试题集解析2025年附答案

试题1：某组合逻辑电路输入为A、B、C（3位二进制数），输出F定义为：当输入数值能被3整除时F=1，否则F=0（0能被3整除）。要求：（1）列出真值表；（2）用卡诺图化简为最简与或式；（3）判断是否存在竞争冒险，若存在则提出消除方法。

答案与解析：

（1）真值表：输入A（最高位）、B、C共8种组合，对应数值0~7。能被3整除的数值为0（000）、3（011）、6（110），故F=1的情况为这三组，其余为0。

（2）卡诺图绘制时，将输入按A、B、C排列，1的位置为m0（000）、m3（011）、m6（110）。观察相邻项，m0与m3无相邻（B不同），m3（011）与m6（110）的A位不同，B位相同（B=1），C位不同，无直接相邻；m0（000）与m6（110）仅A位不同，C位相同（C=0），可合并为A’B’C’+AB’C’=B’C’(A’+A)=B’C’。但实际化简需重新检查：m0=A’B’C’，m3=A’BC，m6=ABC’。尝试分组：m3（A’BC）和m6（ABC’）无公共因子；m0（A’B’C’）和m6（ABC’）的C’公共，合并为B’C’+BC’？不，原式应为A’B’C’+A’BC+ABC’。用代数法化简：A’B’C’+A’BC=A’C’(B’+B)？不，原式A’B’C’+A’BC=A’(B’C’+BC)，而B’C’+BC=(B⊕C)’（同或），但无法进一步化简。ABC’单独存在。因此最简与或式为A’B’C’+A’BC+ABC’。

（3）竞争冒险判断：观察表达式中是否存在某变量以原变量和反变量形式出现且其他变量固定的情况。例如，当B=1、C=1时，表达式中无对应项；当B=0、C=0时，A’B’C’项存在，若A跳变（A’→A），此时其他变量B=0、C=0固定，表达式变为A’·1·1+A·1·1=A’+A=1，无冒险。当B=1、C=1时，无输出；当B=1、C=0时，表达式中ABC’项存在（A=1），A’BC项存在（A=0），此时若A跳变，表达式为A’·1·1+1·1·0=A’，无冲突。因此该电路无竞争冒险。

计算机组成原理模块

试题2：某CPU采用5级流水线（IF取指、ID译码、EX执行、MEM访存、WB写回），支持Load/Store指令，指令序列如下（所有指令均为寄存器操作，无立即数）：

1.ADDR1,R2,R3（R1=R2+R3）

2.LOADR4,0(R1)（R4=Mem[R1+0]）

3.SUBR5,R4,R6（R5=R4-R6）

4.STORER7,4(R5)（Mem[R5+4]=R7）

（1）分析指令2与指令3之间的相关类型及产生原因；（2）若采用转发（旁路）技术，能否完全解决该相关？若不能，需插入几条空泡（NOP）？（3）若CPU支持动态分支预测（预测准确率90%），分支指令的CPI为2（正确预测）或5（错误预测），平均CPI为1.2，求分支指令在总指令中的占比。

答案与解析：

（1）指令2是LOAD指令（MEM阶段读内存），指令3的源操作数R4依赖指令2的结果。由于LOAD指令的结果在MEM阶段结束后才写入寄存器（WB阶段在MEM之后），而指令3的ID阶段需要读取R4的值（ID在EX之前）。因此，指令2的WB阶段（第5周期）与指令3的ID阶段（第3周期）存在数据相关中的“写后读”（RAW）相关，且属于LOAD延迟槽问题（LOAD指令的结果无法在后续第一条指令中通过转发解决）。

（2）转发技术通常用于EX/MEM或MEM/WB阶段的结果直接传递到当前指令的EX阶段。但LOAD指令的结果在MEM阶段结束后才有效（MEM阶段输出数据），而指令3的ID阶段在第3周期需要读取R4，此时指令2的MEM阶段在第4周期（假设流水线周期为1），因此ID阶段（第3周期）时R4的值尚未写入寄存器，也无法通过转发从MEM阶段获取（MEM阶段在第4周期才完成）。因此，必须插入1条NOP指令，使指令3的ID阶段延迟到第4周期，此时指令2的MEM阶段已完成，R4的值可用。

（3）设分支指令占比为x，非分支指令CPI为1（理想流水线）。总平均CPI=x·[0.9×2+0.1×5]+(1-x)×1=1.2。展开计算：x·(1.8+0.5)+(1-x)=1.2→2.3x+1-x=1.2→1.3x=0.2→x≈15.38%。

嵌入式系统设计模块

试题3：设计一个基于ARMCortex-M4的温度采集系统，要求：（1）使用ADC模块采样温度传感器（输出0~3.3V，对