1、计算机专业基础综合历年真题试卷汇编 6 及答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 下列关于闪存(Flash Memory) 的叙述中，错误的是 _。（A）信息可读可写，并且读、写速度一样快（B）存储单元由 MOS 管组成，是一种半导体存储器（C）掉电后信息不丢失，是一种非易失性存储器（D）采用随机访问方式，可替代计算机外部存储器2 某计算机主存容量为 64KB，其中 ROM 区为 4KB，其余为 RAM 区，按字节编址。现要用 2K8 位的 ROM 芯片和 4K4 位的 RAM 芯片来设计该存储器，则需
2、要匕述规格的 ROM 芯片数和 RAM 芯片数分别是_。（A）1、15（B） 2、15（C） 1、30（D）2、303 某计算机存储器按字节编址，主存地址空间大小为 64MB，现用 4MBx8 位的RAM 芯片组成 32MB 的主存储器，则存储器地址寄存器 MAR 的位数至少是_。（A）22 位（B） 23 位（C） 25 位（D）26 位4 某容量为 256MB 的存储器由若干 4M8 位的 DRAM 芯片构成，该 DRAM 芯片的地址引脚和数据引脚总数是_。（A）19（B） 22（C） 30（D）365 假定用若干个 2K4 位的芯片组成一个 8Kx8 位的存储器，则地址 0B1FH 所在
3、芯片的最小地址是_。（A）0000H（B） 0600H（C） 0700H（D）0800H6 某计算机使用 4 体交叉编址存储器，假定在存储器总线上出现的主存地址(十进制)序列为 8005，8006，8007，8008，8001，8002，8003，8004，8000，则可能发生访存冲突的地址对是_。（A）8004 和 8008（B） 8002 和 8007（C） 8001 和 8008（D）8000 和 80047 假设某计算机的存储系统由 Cache 和主存组成，某程序执行过程中访存 1000 次，其中访问 Cadle 缺失(未命中)50 次，则 Cache 的命中率是_。（A）5（B） 9
4、5（C） 50（D）958 某计算机的 Cache 共有 16 块，采用 2 路组相联映射方式(即每组 2 块)。每个主存块大小为 32B，按字节编址。主存 129 号单元所在主存块应装入到的 Cache 组号是_。（A）0（B） 1（C） 4（D）69 采用指令 Cache 与数据 Cache 分离的主要目的是_。（A）降低 Cache 的缺失损失（B）提高 Cache 的命中率（C）降低 CPU 平均访存时间（D）减少指令流水线资源冲突10 下列命中组合情况中，一次访存过程中不可能发生的是_。（A）TLB 未命中，Cache 未命中，Page 未命中（B） TLB 未命中，Cache 命中
5、，Page 命中（C） TLB 命中，Cache 未命中，Page 命中（D）TLB 命中，Cache 命中，Page 未命中11 假定编译器将赋值语句“x=x+3；”转换为指令“add xaddr ，3”，其中 xaddr 是 x对应的存储单元地址。若执行该指令的计算机采用页式虚拟存储管理方式，并配有相应的 TLB，且 Cache 使用直写(Write Through)方式，则完成该指令功能需要访问主存的次数至少是_。（A）0（B） 1（C） 2（D）312 假定主存地址为 32 位，按字节编址，主存和 Cache 之间采用直接映射方式，主存块大小为 4 个字，每字 32 位，采用回写(Wr
6、ite Back) 方式，则能存放 4K 字数据的 Cache 的总容量的位数至少是_。（A）146k（B） 147K（C） 148K（D）158K13 某计算机主存地址空间大小为 256MB，按字节编址。虚拟地址空间大小为4GB，采用页式存储管理，页面大小为 4KB，TLB(快表)采用全相联映射，有 4 个页表项，内容如下表所示。则对虚拟地址 03FF F180H 进行虚实地址变换的结果是_。（A）015 3180H（B） 003 5180H（C） TLB 缺失（D）缺页14 某计算机有 16 个通用寄存器，采用 32 位定长指令字，操作码字段(含寻址方式位)为 8 位，Store 指令的源
7、操作数和目的操作数分别采用寄存器直接寻址和基址寻址方式。若基址寄存器可使用任一通用寄存器，且偏移量用补码表示，则 Store 指令中偏移量的取值范围是_。（A）-32768+32767（B） -32767+32768（C） -65536+65535（D）-65535+65536二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。15 假定某计算机的 CPU 主频为 80MHz，CPI 为 4，平均每条指令访存 15 次，主存与 Cache 之间交换的块大小为 16B，Cache 的命中率为 99，存储器总线宽带为 32 位。为了提高性能，主存采用 4 体低位交叉存储模式，工作时每 14 个存储周期启
8、动一个体。若每个体的存储周期为 50ns，则该主存能提供的最大带宽是多少?15 某计算机的主存地址空间大小为 256MB，按字节编址。指令 Cache 和数据Cache 分离，均有 8 个 Cache 行，每个 Cache 行大小为 64B，数据 Cache 采用直接映射方式。现有两个功能相同的程序 A 和 B，其伪代码如下：假定 int 类型数据用 32 位补码表示，程序编译时 i、j、sum 均分配在寄存器中，数组 a 按行优先方式存放，其首地址为 320(十进制数)。请回答下列问题，要求说明理由或给出计算过程。16 若不考虑用于 Cache 一致性维护和替换算法的控制位，则数据 Cach
9、e 的总容量为多少?17 数组元素 a031和 a11各自所在的主存块对应的 Cache 行号分别是多少(Cache 行号从 0 开始)?18 程序 A 和 B 的数据访问命中率各是多少?哪个程序的执行时间更短?18 某 32 位计算机，CPU 主频为 800MHz，Cache 命中时的 CPI 为 4，Cache 块大小为 32 字节；主存采用 8 体交叉存储方式，每个体的存储字长为 32 位、存储周期为 40ns；存储器总线宽度为 32 位，总线时钟频率为 200MHz，支持突发传送总线事务。每次读突发传送总线事务的过程包括：送首地址和命令、存储器准备数据、传送数据。每次突发传送 32 字
10、节，传送地址或 32 位数据均需要一个总线时钟周期。请回答下列问题，要求给出理由或计算过程。19 CPU 和总线的时钟周期各为多少?总线的带宽(即最大数据传输率)为多少?20 Cache 缺失时，需要用几个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取?21 存储器总线完成一次读突发传送总线事务所需的时间是多少?22 若程序 BP 执行过程中，共执行了 100 条指令，平均每条指令需进行 12 次访存，Cache 缺失率为 5，不考虑替换等开销，则 BP 的 CPU 执行时间是多少?22 某计算机存储器按字节编址，虚拟(逻辑)地址空间大小为 16MB，主存(物理)地址空间大小为 1MB，页面大小为
11、4KB；Cache 采用直接映射方式，共 8 行；主存与 Cache 之间交换的块大小为 32B。系统运行到某一时刻时，页表的部分内容和Cache 的部分内容分别如图(a) 、图(1) 所示，图中页框号及标记字段的内容为十六进制形式。请回答下列问题：23 虚拟地址共有几位，哪几位表示虚页号?物理地址共有几位，哪几位表示页框号(物理页号)?24 使用物理地址访问 Cache 时，物理地址应划分成哪几个字段? 要求说明每个字段的位数及在物理地址中的位置。25 虚拟地址 001C60H 所在的页面是否在主存中?若在主存中，则该虚拟地址对应的物理地址是什么? 访问该地址时是否 Cache 命中 ?要求
12、说明理由。26 假定为该机配置一个 4 路组相联的 TLB 共可存放 8 个页表项，若其当前内容(十六进制)如图(c) 所示，则此时虚拟地址 024BACH 所在的页面是否存在主存中? 要求说明理由。26 某计算机字长为 16 位，主存地址空间大小为 128KB，按字编址。采用单字长指令格式，指令各字段定义如下：转移指令采用相对寻址方式，相对偏移量用补码表示，寻址方式定义如下：请回答下列问题：27 该指令系统最多可有多少条指令?该计算机最多有多少个通用寄存器? 存储器地址寄存器(MAR)和存储器数据寄存器(MDR)至少各需要多少位?28 转移指令的目标地址范围是多少?29 若操作码 0010B
13、 表示加法操作(助记符为 add)，寄存器 R4 和 R5 的编号分别为100B 和 101B，R4 的内容为 1234H，R5 的内容为 5678H，地址 1234H 中的内容为5678H，地址 5678H 中的内容为 1234H，则汇编语言为“add(R4)，(R5)+”(逗号前为源操作数，逗号后为目的操作数)对应的机器码是什么(用十六进制表示)?该指令执行后，哪些寄存器和存储单元中的内容会改变?改变后的内容是什么?计算机专业基础综合历年真题试卷汇编 6 答案与解析一、单项选择题1-40 小题，每小题 2 分，共 80 分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。1 【正
14、确答案】 A【试题解析】 闪存是 EEPROM 的进一步发展，可读可写，用 MOS 管的浮栅上有无电荷来存储信息。闪存依然是 ROM 的一种，写入时必须先擦除原有数据，故写速度比读速度要慢不少(硬件常识)。闪存是一种非易失性存储器，它采用随机访问方式。现在常见的 SSD 固态硬盘，即由 Flash 芯片组成。【知识模块】 计算机组成原理2 【正确答案】 D【试题解析】 首先确定 ROM 的个数，ROM 区为 4KB，选用 2K8 位的 ROM 芯片，需要 =2 片，采用字扩展方式；RAM 区为 60KB，选用 4K4 位的 RAM芯片，需要 =30 片，采用字和位同时扩展方式。【知识模块】 计
15、算机组成原理3 【正确答案】 D【试题解析】 主存按字节编址，地址空间大小为 64MB，MAR 的寻址范围为64M=226，故为 26 位。实际的主存容量 32MB 不能代表 MAR 的位数，考虑到存储器扩展的需要，MAR 应保证访问到整个主存地址空间，反过来，MAR 的位数决定了主存地址空间的大小。【知识模块】 计算机组成原理4 【正确答案】 A【试题解析】 4M8 位的芯片数据线应为 8 根，地址线应为 log24M=22 根，而DRAM 采用地址复用技术，地址线是原来的 12，且地址信号分行、列两次传送。地址线数为 222=11 根，所以地址引脚与数据引脚的总数为 11+8=19 根，选
16、 A。【知识模块】 计算机组成原理5 【正确答案】 D【试题解析】 用 2K4 位的芯片组成一个 8K8 位存储器，共需 8 片 2K4 位的芯片，分为 4 组，每组由 2 片 2K4 位的芯片并联组成 2K8 位的芯片，各组芯片的地址分配如下：第一组(2 个芯片并联) ：0000H 07FFH。第二组(2 个芯片并联) ：0800H 0FFFH 。第三组(2 个芯片并联) ：1000H 17FFH。第四组(2 个芯片并联) ：1800H 1FFFH 。地址 0B1FH 所在的芯片属于第二组，故其所在芯片的最小地址为 0800H。【知识模块】 计算机组成原理6 【正确答案】 D【试题解析】 每
17、个访存地址对应的存储模块序号(0、1、2、3)如下所示：其中，模块序号=访存地址存储器交叉模块数。判断可能发生访存冲突的规则是：给定的访存地址在相邻的四次访问中出现在同一个存储模块内。据此，根据上表可知 8004 和 8000 对应的模块号都为 0，即表明这两次的访问出现在同一模块内且在相邻的访问请求中，满足发生冲突的条件。【知识模块】 计算机组成原理7 【正确答案】 D【试题解析】 命中率=Cache 命中次数总访问次数。需要注意的是看清题，题中说明的是缺失 50 次，而不是命中 50 次，仔细审题是做对题的第一步。【知识模块】 计算机组成原理8 【正确答案】 C【试题解析】 由于 Cach
18、e 共有 16 块，采用 2 路组相联，因此共分为 8 组，组号为 0、1、2、7。主存的某一字块按模 8 映射到 Cache 某组的任一字块中，即主存的第 0，8，16字块可以映射到 Cache 第 0 组的任一字块中。每个主存块大小为 32 字节，故 129 号单元位于第 4 块主存块(注意是从 0 开始)，因此将映射到Cache 第 4 组的任一字块中。【知识模块】 计算机组成原理9 【正确答案】 D【试题解析】 把指令 Cache 与数据 Cache 分离后，取指和取数分别到不同的Cache 中寻找，那么指令流水线中取指部分和取数部分就可以很好地避免冲突，即减少了指令流水线的冲突，选
19、D。【知识模块】 计算机组成原理10 【正确答案】 D【试题解析】 Cache 中存放的是主存的部分副本，TLB(快表)中存放的是Page(页表)的一部分副本。在同时具有虚拟页式存储器(有 TLB)和 Cache 的系统中，CPU 发出访存命令，先查找对应的 Cache 块。1) 若 Cache 命中，则说明所需内容在 Cache 内，其所在页面必然己调入主存，因此 Page 必然命中，但 TLB 不一定命中；2) 若 Cache 不命中，并不能说明所需内容未调入主存，和 TLB、Page 命中与否没有联系。但若 TLB 命中，Page 也必然命中；而当 Page 命中，TLB 则未必命中，故
20、 D 不可能发生。主存、Cache、TLB 和 Page 的关系如下图所示。【知识模块】 计算机组成原理11 【正确答案】 B【试题解析】 上述指令的执行过程可划分为取数、运算和写回过程，取数时读取xaddr 可能不需要访问主存而直接访问 Cache，而写直通方式需要把数据同时写入Cache 和主存，因此至少访问 1 次。【知识模块】 计算机组成原理12 【正确答案】 C【试题解析】 直接映射的地址结构为：按字节编址，块大小为 432bit=16B=24B，则“字块内地址”占 4 位；“能存放 4K 字数据的 Cache”即Cache 的存储容量为 4K 字(注意单位) ，则 Cache 共有
21、 1K=210 个 Cache 行，则Cache 字块标记占 10 位；则主存字块标记占 32-10-4=18 位。Cache 的总容量包括：存储容量和标记阵列容量(有效位、标记位、一致性维护位和替换算法控制位)。标记阵列中的有效位和标记位是一定有的，而一致性维护位(脏位)和替换算法控制位的取舍标准是看题眼，题目中，明确说明了采用写回法，则一定包含一致性维护位，而关于替换算法的词眼题目中未提及，所以不予考虑。从而每个 Cache 行标记项包含 18+1+1=20 位，则标记阵列容量为：2 10*20 位=20K 位，存储容量为：4K*32位=128K 位，则总容量为：128K+20K=148K
22、 位。【知识模块】 计算机组成原理13 【正确答案】 A【试题解析】 按字节编址，页面大小为 4KB，页内地址共 12 位。地址空间大小为 4GB，虚拟地址共 32 位，前 20 位为页号。虚拟地址为 03FF F180H，故页号为03 FFFH，页内地址为 180H。查找页标记 03FFFH 所对应的页表项，页框号为0153H，页框号与页内地址拼接即为物理地址 015 3180H。【知识模块】 计算机组成原理14 【正确答案】 A【试题解析】 采用 32 位定长指令字，其中操作码为 8 位，两个地址码一共占用32-8=24 位，而 Store 指令的源操作数和目的操作数分别采用寄存器直接寻址
23、和基址寻址，机器中共有 16 个通用寄存器，则寻址一个寄存器需要 log216=4 位，源操作数中的寄存器直接寻址用掉 4 位，而目的操作数采用基址寻址也要指定一个寄存器，同样用掉 4 位，则留给偏移址的位数为 24-4-4=16 位，而偏移址用补码表示，16 位补码的表示范围为-32768+32767，选 A。【知识模块】 计算机组成原理二、综合应用题41-47 小题，共 70 分。15 【正确答案】 4 体交叉存储模式能提供的最大带宽为 44B50ns=320MBs。【知识模块】 计算机组成原理【知识模块】 计算机组成原理16 【正确答案】 每个 Cache 行对应一个标记项，如下图所示。
24、不考虑用于 Cache 一致性维护和替换算法的控制位。地址总长度为 28 位(2 28=256M)，块内地址 6 位(2 6=64)，Cache 块号 3 位(2 3=8)，故 Tag 的位数为 28-6-3=19 位，还需使用一个有效位，故题中数据 Cache 行的结构如下图所示。数据 Cache 共有 8 行，因此数据Cache 的总容量为 8(64+208)B=532B。【知识模块】 计算机组成原理17 【正确答案】 数组 a 在主存的存放位置及其与 Cache 之间的映射关系如下图所示。 数组按行优先方式存放，首地址为320，数组元素占 4 个字节。a031所在的主存块对应的 Cach
25、e 行号为(320+314)64=6 ；a11所在的主存块对应的 CaChe 行号为(320+2564+14) 648=5。【知识模块】 计算机组成原理18 【正确答案】 数组 a 的大小为 2562564B=218B，占用 21864=2 12 个主存块，按行优先存放，程序 A 逐行访问数组 a，共需访问的次数为 216 次，未命中次数为212 次(即每个字块的第一个数未命中)，因此程序 A 的命中率为(2 16-212)2 16 100=93 75 。【试题解析】 考查 Cache 的组成，主存与 Cache 的映射关系，Cache 的命中率。【知识模块】 计算机组成原理【知识模块】 计算
26、机组成原理19 【正确答案】 CPU 的时钟周期是主频的倒数，即 1800MHz=125ns。总线的时钟周期是总线频率的倒数，即 1200MHz=5ns。总线宽度为 32 位，故总线带宽为 4B200MHz=800MBs 或4B5ns=800MBs 。【知识模块】 计算机组成原理20 【正确答案】 Cache 块大小是 32B，因此 Cache 缺失时需要一个读突发传送总线事务读取一个主存块。【知识模块】 计算机组成原理21 【正确答案】 一次读突发传送总线事务包括一次地址传送和 32B 数据传送：用1 个总线时钟周期传输地址；每隔 40ns8=5ns 启动一个体工作(各进行 1 次存取)，第
27、一个体读数据花费 40ns，之后数据存取与数据传输重叠；用 8 个总线时钟周期传输数据。读突发传送总线事务时间：5ns+40ns+85ns=85ns。【知识模块】 计算机组成原理22 【正确答案】 BP 的 CPIJ 执行时间包括 Cache 命中时的指令执行时间和 Cache缺失时带来的额外开销。命中时的指令执行时间：1004125ns=500ns。指令执行过程中 Cache 缺失时的额外开销：12100585ns=510ns。BP 的 CPU 执行时间：500ns+51ns=1010ns。【知识模块】 计算机组成原理【知识模块】 计算机组成原理23 【正确答案】 存储器按字节编址，虚拟地址
28、空间大小为 16MB=224B，故虚拟地址为 24 位；页面大小为 4kB=212B，故高 12 位为虚页号。主存地址空间大小为1MB=220B，故物理地址为 20 位；由于页内地址为 12 位，故高 8 位为页框号。【知识模块】 计算机组成原理24 【正确答案】 由于 Cache 采用直接映射方式，所以物理地址各字段的划分如下。由于块大小为 32B，故字块内地址占 5 位；Cache 共 8 行，故 Cache 字块标记占 3 位；主存字块标记占 20-5-3=12 位。【知识模块】 计算机组成原理25 【正确答案】 虚拟地址 001C60H 的前 12 位为虚页号，即 001H，查看 00
29、1H 处的页表项，其对应的有效位为 1，故虚拟地址 001C60H 所在的页面在主存中。页表 001H 处的页框号为 04H，与页内偏移(虚拟地址后 12 位)拼接成物理地址为04C60H。物理地址 04C60H=0000 0100 1100 0110 0000B，主存块只能映射到Cache 的第 3 行( 即第 011B 行)，由于该行的有效位=1，标记(值为 105H)04CH(物理地址高 12 位)，故不命中。【知识模块】 计算机组成原理26 【正确答案】 由于 TLB 采用 4 路组相联，故 TLB 被分为 84=2 个组，因此虚页号中高 11 位为 TLB 标记、最低 1 位为 TL
30、B 组号。虚拟地址 024BACH=0000 0010 0100 1011 1010 1100B，虚页号为 0000 0010 0100B，TLB 标记为 0000 0010 010B(即 012H)，TLB 组号为 0B，因此，该虚拟地址所对应物理页面只可能映射到TLB 的第 0 组。组 0 中存在有效位=1、标记=012H 的项，因此访问 TLB 命中，即虚拟地址 024BACH 所在的页面在主存中。【试题解析】 考查虚拟存储器、Cache、TLB。【知识模块】 计算机组成原理【知识模块】 计算机组成原理27 【正确答案】 操作码占 4 位，则该指令系绩最多司有 24=16 条指令。操作数
31、占6 位，其中寻址方式占 3 位、寄存器编号占 3 位，因此该机最多有 23=8 个通用寄存器。主存地址空间大小为 128KB，按字编址，字长为 16 位，共有128KB2B=2 16 个存储单元，因此 MAR 至少为 16 位；因为字长为 16 位，故MDR 至少为 16 位。【知识模块】 计算机组成原理28 【正确答案】 寄存器字长为 16 位，PC 和 Rn 可表示的地址范围均为 02 16-1，而主存地址空间为 216，故转移指令的目标地址范围为 0000HFFFFH(0 2 16-1)。【知识模块】 计算机组成原理29 【正确答案】 汇编语句“add(R4)，(R5)+” ，对应的机
32、器码为将对应的机器码写成十六进制形式为 0010 0011 0001 0101B=2315H。该指令的功能是将 R4 的内容所指存储单元的数据与 R5 的内容所指存储单元的数据相加，并将结果送入 R5 的内容所指存储单元中。(R4)=1234H，(1234H)=5678H；(R5)=5678H，(5678H)=1234H；执行加法操作 5678H+1234H=68ACH，之后 R5 自增。该指令执行后，R5 和存储单元 5678H 的内容会改变， R5 的内容从 5678H 变为5679H，存储单元 5678H 中的内容变为该指令的计算结果 68ACH。【试题解析】 考查指令格式和数据寻址方式。【知识模块】 计算机组成原理
