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计算机组成原理
一、计算机系统概述
(—)计算机系统层次结构
1.计算机系统的基本组成
2.计算机硬件的基本组成
1. 在 CPU 的寄存器中,( )对用户是完全透明的。
A 程序计数器 B 指令寄存器 C 状态奇存器 D 通用寄存器
分析:汇编程序员可以通过指定待执行指令的地址来设置 PC 的值,状态寄存器、通用寄存
器只有为汇编程序员可见,才能实现编程,而 IR、MAR、MDR 是 CPU 的内部工作寄存器对
程序员均不可见。故选 B
2. 下列叙述中,正确的是( )。
A.寄存器的设置对汇编语言是透明的
B.实际应用程序的测试结果能够全面代表计算机的性能
C.系列机的基本特性是指令系统向后兼容
D.软件和硬件在逻辑功能上是等价的
分析:寄存器的设置对汇编语言不透明,汇编程序员要对寄存器进行直接操作。全面代表计
算机性能的是实际软件的运行情况。软件和硬件在逻辑上是等效的,但不是等价的。向后兼
容指的是时间上向后兼容,即新机器兼容使用以前机器的指令系统。故选 C
3.【2016 统考真题】将高级语言源程序转换为机器級目标代码文件的程序是( )。
A.汇编程序 B.链接程序 C.编译程序 D.解释程序
分析:翻译程序是指把高级语言源程序转换成机器语言程序(目标代码)的软件。翻译程序有
两种,一种是编译程序(一次性全部翻译完),它将高级语言源程序一次全部翻译成目标程
序,每次执行程序时,只需执行目标程序,因此只要源程序不变,就无须重新编译。另一种
是解释程序(一条一条地翻译),它将源程序的一条语句翻译成对应的机器目标代码,并立
即执行,然后翻译下一条源程序语句并执行,直至所有源程序语句全部被翻译并执行完。所
以解释程序的执行过程是翻译一句执行一句,并且不会生成目标程序。汇编程序也是一种语
言翻译程序,它把汇编语言源程序翻译为机器语言程序。汇编语言是一种面向机器的低级语
言,是机器语言的符号表示,与机器语言一一对应。故选 C
4. 关于编译程序和解释程序,下列说法中错误的是( )。
A.编译程序和解释程序的作用都是将高级语言程序转换成机器语言程序
B.编译程序的编译时间较长,但运行速度较快
C.解释程序方法较简单,运行速度也较快
D.解释程序将源程序翻译成机器语言,并且翻译一条以后,立即执行这条语句
分析:编译程序是先完整编译后运行的程序,如 C、C++等;解释程序是一句一句翻译且边
翻译边执行的程序,如 JavaScript、 Python 等。由于解释程序要边翻译成机器语言边执行,
因此一般速度较编译程序慢。为增加对该过程的理解,附 C 语言编译链接的过程:
故选 C
3.计算机软件和硬件的关系
1. 下列( )不属于系统软件。
A.数据库系统 B.操作系统 C.编译程序 D.以上 3 种都属于系统程序
分析:数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统,一般由数据库、数据库管理系
统、应用系统、数据库管理员构成,其中数据库管理系统是系统软件。故选 A
4.计算机系统的工作过程
1.
分析:虽然指令和数据都以二进制形式存放在存储器中,但 CPU 可以根据指令周期的不同
阶段来区分是指令还是数据,通常在取指阶段取出的是指令,在执行阶段取出的是数据。本
题容易误选 A,需要清楚的是,CPU 只有在确定取出的是指令后,才会将其操作码送去译码,
因此不能依据译码的结果来区分指令和数据。故选 C
(二)计算机性能指标(P14)
吞吐量、响应时间;CPU 时钟周期、主频、CPI、CPU 执行时间;MIPS、MFLOPS 、GFLOPS、
TFLOPS、PFLOPS、EFLOPS、ZFLOPS。
1.计算机中,与 CPU 的 CPI 无关的因素是( )
A.时钟频率 B.系统结构 C.指令集 D.计算机组织
分析:CPI 是一种衡量 CPU 性能的指标,即执行一条指令所需的时钟周期数,系统结构、指
令集、计算机组织都会影响到 CPI。时钟频率不会影响到 CPI,但可以加快指令的执行速度。
若一条指令的执行需要 10 个时钟周期,则执行这条指令时钟频率为 1GHz 的 CPU 比
100MHz 的 CPU 要快。故选 A
2.某工作站采用时钟频率 f 为 15MHz、处理速率为 10MIPS 的处理机来执行一个已知混合程
序。假定该混合型程序平均每条指令需要 1 次访存,且每次存储器存取为 1 周期延迟,试问
此计算机的有效 CPI 是( )
A.2.5 B.2 C.1.5 D. 1
分析:本题考查计 算机的 性能指 标 。 CPI 指执行 一 条指令 所 需的时 钟周期 , CPI =
15MHz/10x10
6
= 1.5。故选 C。这里的存储器延迟为迷惑项,与 CPI 的计算无关。
3.下列有关计算机运算速度衡量指标的描述中,正确的是( )
A.MIPS 大的机器一定比 MIPS 小的机器快
B.CPU 的主频越高速度越快
C.执行不同的程序,测得的同一台计算机的 CPI 可能不同
D.CPU 执行程序的时间就是观测到用户程序的执行时间
分析:本题考查计算机的性能指标。整机的速度是由多个指标综合衡量的,比如整个 CPU 的
架构、指令集、高速缓冲等,某个指标的高低并不能完全决定机器的速度,故 A 选项、B 选
项错误。在多道程序的操作系统下,一个用户程序执行过程中,可能会插入运行其他程序,
所以观测到用户程序的执行时间要大于其真正的 CPU 执行时间,故 D 选项错误。在不同的
程序中,各类指令所占的比例有可能不同,而不同类型的指令执行时间也是不一样的,比如
访存指令执行时间一般会比运算指令花费更多的时间,而就算是运算指令本身,乘法指令也
会比加法指令花费更多的时间,因此测得的 CPI 有可能不同,故 C 选项正确。
4.下列关于配备 32 位微处理器的计算机的说法中正确的是( )
A 该机器的通用寄存器一般为 32 位 B 该机器的地址总线宽度为 32 位
C 该机器能支持 64 位操作系统 D 以上说法均不正确
分析:本题考查计算机的性能指标。微处理器的位数是指该 CPU 一次能够处理的数据长度,
称为机器字长,机器字长通常等于通用寄存器的长度。64 位操作系统(通常向下兼容)需
要 64 位 CPU 的支持,64 位操作系统不仅是寻址范围增加到 2,同时要求机器字长 64 位。
而地址总线的宽度虽然一般情况下也会和处理器的位数挂钩,但这也是不一定的,一些机器
为了一些原因也可以把地址总线设为小于 32 位,然后分几个周期传送一次地址。故选 A
注:关于操作系统的位数和 CPU 的位数的问题,32 位操作系统指的是该操作系统最多可以
访问 2
32
个地址,即最多 4G 的地址(因为一些原因,比如 IO 的统一编址等,所以实际上不
到 4G,一般约为 3.7G),是一个软件的概念;32 位处理器指的是一次可以处理 32 位数据,
是 CPU 设计时就决定好的,是硬件的概念,而低位数的 CPU 不能运行高位数的操作系统,
而高位数的 CPU 可以运行低位数的操作系统(比如现在的 CPU 都是 64 位的,但是大多数
人用的仍是 32 位的操作系统)。
5.
分析:运行时间=指令数×CPI/主频=指令数×CPI×时钟周期。M1 的时间=指令数×2/1.5,M2
的时间=指令数×1/1.2,两者之比为(2/1.5):(1/1.2)= 1.6。因此选 C。
6.
分析:基准程序的 CPI=2*0.5+3*0.2+4*0.1+5*0.2=3。计算机的主频为 1.2GHz,即 1200MHz,
因此该机器的 MIPS=1200/3= 400。(MIPS 指每秒执行多少百万条指令)故选 C
7.
分析:会计电算化属于计算机数据处理方面的应用,Ⅰ错误。II 显然正确。计算机“运算速度”
指标的含义是每秒能执行多少条指令,III 错误。这样集成的芯片称为 CPU,IV 错误。选 C
二、数据的表示和运算
(—)数制与编码
1.进位计数制及其相互转换
2.真值和机器数
1.
分析:选项 B 对应 8 位最小的值-128,而-x=128 发生溢出,因此无法表示其移码。
2. 下列关于补码和移码关系的叙述中,( )是不正确的。
A.相同位数的补码和移码表示具有相同的数据表示范围
B.零的补码和移码表示相同
C.同一个数的补码和移码表示,其数值部分相同,而符号相反
D.一般用移码表示浮点数的阶,而补码表示定点整数
分析:选 B
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代码星辰
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