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计算机硬件技术测试2025年卷

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

1.在计算机中，信息最基本的表现形式是________。

2.一个8位的二进制数能表示的无符号整数范围是________。

3.将二进制数1101.101转换为十进制数是________。

4.计算机内部用于表示数值信息的标准是________。

5.在计算机中，字节（Byte）通常由________个二进制位（bit）组成。

二、

6.简述CPU主要由哪些部分组成，并说明每个部分的主要功能。

7.什么是并行处理？简述并行处理技术在计算机硬件中是如何实现的。

8.解释什么是总线？简述系统总线通常包含哪些总线类型及其作用。

9.什么是Cache？它在计算机存储体系中起到什么作用？简述其工作原理。

10.什么是中断？简述中断处理过程的主要步骤。

三、

11.某计算机主存容量为4GB，内存地址线为32根。请问该计算机能直接访问的内存空间最大是多少字节？若采用页式存储管理，每页大小为4KB，则逻辑地址空间为1000H:0FFCH的物理地址是多少（用十六进制表示）？

12.假设CPU通过一个32位的数据总线访问主存，总线频率为100MHz。请问该CPU的数据传输速率最大是多少MB/s？

13.比较RISC和CISC指令集架构的主要特点。

14.简述USB3.0接口相比于USB2.0接口在传输速率和电气特性上的主要改进。

15.什么是总线仲裁？说明在总线争用的情况下，常见的总线仲裁方法有哪些。

四、

16.假设CPU每执行一条指令平均需要访问一次指令Cache（命中率为90%）和两次数据Cache（命中率为85%）。若指令Cache每次访问耗时10ns，数据Cache每次访问耗时15ns，主存访问耗时200ns，CPU访问Cache以外的其他操作耗时50ns。请问执行一条指令的平均访存时间（CPI）是多少？

17.描述一个典型的计算机I/O操作过程，包括CPU与I/O设备之间的数据传输方式（至少说明两种）。

18.解释什么是虚拟内存？它如何解决主存容量不足的问题？简述页面置换算法的基本思想。

19.某计算机系统包含一个主存（容量256MB，速度为100ns），一个二级Cache（容量16MB，速度为10ns），和一个硬盘（速度为200ns）。当CPU访问数据时，首先检查二级Cache，未命中再检查主存，主存未命中则访问硬盘。请问访问该数据时，不同情况下的访问时间分别是多少？假设二级Cache命中率为95%，主存命中率为90%（二级Cache未命中的情况）。

20.随着摩尔定律趋缓，计算机硬件发展面临哪些新的挑战？请列举至少三种前沿硬件技术方向及其潜在优势。

试卷答案

一、

1.二进制

2.0到255

3.13.625

4.原码/反码/补码（任一合理答案）

5.8

二、

6.CPU主要由运算器、控制器和寄存器组组成。运算器负责执行算术逻辑运算和逻辑运算；控制器负责产生控制信号，指挥计算机各部件协同工作；寄存器组用于暂存指令、数据和地址。

7.并行处理是指计算机系统中的多个处理单元同时执行不同的任务或同一任务的不同部分。硬件实现方式包括使用多核处理器、SIMD处理器、多处理机系统等。

8.总线是计算机各功能部件之间传输信息的公共通路。系统总线通常包含数据总线（传输数据）、地址总线（传输地址）和控制总线（传输控制信号）。

9.Cache是位于CPU和主存之间的高速小容量存储器，用于存放近期常用的主存数据副本，以减少CPU访问主存的次数，提高系统运行速度。其工作原理是基于程序的局部性原理，利用高速缓存存放主存内容的副本，CPU访问时先在Cache中查找。

10.中断是计算机运行过程中，出现某些意外事件（内部或外部）请求CPU暂停当前工作，转去处理该事件的一种机制。中断处理过程主要步骤包括：中断请求、中断判优（如有多个中断）、中断响应、中断隐指令执行、保护现场、执行中断服务程序、恢复现场、中断返回。

三、

11.最大内存空间=2^(32-3)*8=2^29*8=536,870,912字节=512MB。逻辑地址1000H:0FFCH=(1000*16^1+0FFCH)十六进制=(1000+15*16+12)十六进制=(1000+240+12)十六进制=1252H。物理地址=逻辑地址+页表项指示的页框号（假设为0）=1252H+0=1252H。（注：此题答案依赖于隐含的页表和页框号信息，此处按最简单情况假设页