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上海海事大学《计算机组成原理》期末试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

简述计算机系统层次结构，并说明每一层的主要功能和它们之间的关系。

二、

什么是计算机中的数据字（Word）？字长（WordLength）与计算机性能有何关系？请解释。

三、

将十进制数-135转换为8位二进制补码表示。然后，将二进制数11010011（补码）转换为其对应的十进制数。

四、

解释什么是原码、反码和补码。在执行二进制减法运算时，为什么补码比原码和反码更常用？

五、

什么是寻址方式？简述立即寻址、直接寻址和寄存器寻址这三种基本寻址方式的工作原理，并各举一个伪汇编指令示例。

六、

CPU主要由哪几个部分组成？简述这些主要部分及其在指令执行过程中的协同工作过程。

七、

什么是指令周期、机器周期和时钟周期？它们之间的关系是什么？如果某计算机的时钟频率为2GHz，其时钟周期是多少？假设一条指令包含4个时钟周期，其指令周期是多少？

八、

简述硬布线控制器和微程序控制器的主要区别。各自有哪些优缺点？

九、

什么是存储器层次结构？为什么要引入存储器层次结构？它主要解决了计算机系统中的哪些问题？

十、

解释DRAM的工作原理。什么是刷新（Refresh）？为什么需要刷新？

十一、

简述Cache的基本工作原理。当CPU访问内存时，Cache如何发挥作用？

十二、

比较直接映射Cache和全相联映射Cache。说明各自的优缺点以及适用场景。

十三、

什么是虚拟存储器？它与物理存储器（主存）有什么区别？简述虚拟存储器是如何工作的。

十四、

什么是I/O接口？它在CPU和I/O设备之间起到什么作用？

十五、

总线在计算机系统中扮演着什么角色？总线宽度、总线频率和总线传输速率之间有何关系？

十六、

什么是中断？中断处理过程大致包括哪些步骤？

十七、

设计一个简单的单级中断控制器，能够处理两个设备的中断请求（IRQ1和IRQ2），假设IRQ1优先级高于IRQ2。请简述其工作原理。

试卷答案

一、

计算机系统层次结构通常包括：硬件系统、操作系统、系统软件（如编译器、链接器）、应用软件。硬件系统是基础，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备等。操作系统管理硬件资源，提供用户接口。系统软件为应用软件提供运行环境和服务。应用软件是为特定任务编写的程序。各层之间相互依赖，上层通过调用下层提供的服务来完成任务，下层为上层提供服务和支持，形成了逐层封装、逐层抽象的结构，提高了计算机系统的易用性、通用性和效率。

二、

数据字（Word）是计算机进行数据处理和存储的基本单位，其位数通常等于计算机的字长（WordLength）。字长决定了CPU一次能处理的二进制数据的位数，直接影响计算机的运算速度和处理能力。通常，字长越长的计算机，其处理数据的精度越高，运算速度越快，性能也越强。

三、

十进制数-135转换为8位二进制补码表示：

1.取绝对值：135。转换为二进制：10000111。

2.按位取反：01111000。

3.加1：01111000+00000001=01111001。

所以，-135的8位二进制补码表示为01111001。

二进制补码11010011转换为十进制数：

1.判断符号：最高位为1，表示负数。

2.取补码：01101101。

3.转换为十进制：0*2^7+1*2^6+1*2^5+0*2^4+1*2^3+1*2^2+0*2^1+1*2^0=128+64+32+8+4+1=257。

4.添加负号：-257。

所以，二进制补码11010011对应的十进制数为-257。

四、

原码是用最高位表示符号（0正1负），其余位表示数值绝对值。反码是原码除符号位外按位取反。补码是反码加1。

二进制减法A-B可以转换为加法A+(-B)。使用补码表示-B非常方便：先求B的补码，然后直接加1即得-B的补码。补码加法可以统一处理加法和减法运算，避免了需要根据符号位判断是做加法还是减法，简化了计算机中算术逻辑单元（ALU）的设计。

五、

寻址方式是指确定指令中操作数地址的方法。

1.立即寻址：操作数直接包含在指令中。示例：MOVAX,1234H（将立即数1234H传送到AX寄存器）。

2.直接寻址：指令中直接给出操作数在内存中的有效地址。示例：MOVAX,[2000H]（将内存地址2000H处的数据传送到AX寄存器）。

3.寄存器寻址：操作数存放